Was habe ich 2013 gelacht, als Kanzlerin Merkel ihren mittlerweile legendären „Das Internet ist für uns alle Neuland“-Brüller anlässlich des Besuchs von Barack Obama raushaute. Vor kurzem hatte ich dann mein eigenes Neuland-Desaster, ausgerechnet vor meinem 13jährigen Sohn. Der spielt nämlich seit einigen Monaten E-Gitarre und saugt sämtliche Infos rund um deren Aufbau, Technik und Ge-schichte auf – und zwar wie ein Schwamm. Und das erzählt er mir dann.
Pick ups, Single Coils (S), Humbucker (H), P-90, North Start, South Finish, Neck, Bridge, Alnico inklusive der möglichen Konfiguration H-H, H-S, H-S-H usw: Mir fliegen plötzlich Begriffe um die Ohren, mit denen ich als notorisch Unmusikalischer bislang nichts anzufangen wusste. Falls Sie auch gerade auf dem Schlauch stehen: Es geht um die Tonabnehmer, deren Aufbau und Positionen auf der Gitarre und welchen Einfluss das alles auf den Sound hat.
Gut, als Ingenieur für Nachrichtentechnik verstehe ich natürlich die technischen Grundlagen dahinter und kann es mir vom Sohn erklä-ren lassen. Durch intensives Studium verschiedener Belegungspläne konnte ich ihm sogar dabei helfen, die Humbucker seiner Gitarre auszutauschen, weil die neuen ja einen „High Output“ hätten.
Trotzdem fühle ich mich abgehängt, weil ich auch nach mehrmali-gen, ungeduldigen Erklärungen nicht kapiert habe, warum manche Gitarren nur Single Coils oder zwei Humbucker oder beliebige ande-re Kombinationen für einen bestimmten Klang haben – und warum dann im (Röhren)-Gitarrenverstärker das Signal doch wieder bis zur Unkenntlichkeit verzerrt werden soll.
Was hat das alles mit der Make zu tun? Wir versuchen Sie, liebe Leser-innen und Leser, in jeder Ausgabe ebenfalls an neue Themen und Projekte heranzuführen. Die Redaktion gibt sich große Mühe, sich in ihre Leser hinein zu versetzen, um das richtige Niveau und die richti-ge Sprache zu finden und die notwendigen Erklärungen und Hin-weise zu geben, damit Sie ein Erfolgserlebnis haben und sich nicht abgehängt fühlen. Sollte uns das nicht gelingen, schreiben Sie uns. Aber haben Sie ein wenig Nachsicht, Sie wissen ja, in manche The-men arbeiten wir uns auch erst ein…
InhaltBügeleisen-LötstationSie haben noch ein altes Bügeleisen übrig? Machen Sie daraus eine Reflow-Lötstation für SMD-Platinen – die gelingen damit genauso gut wie mit einem teuren Lötofen. Unsere Steuer-elektronik kann sogar die geforderten Lötprofile der Bauteile einhalten.
116 Reflow-Löten mit dem Bügeleisen
3 Editorial 6 Leserforum10 Der CO2-Warner für die Schule18 3D-Einsteigerdrucker Prusa Mini20 Fräs-Gravier-3D-Drucker Snapmaker 2.024 So geht Heimcomputer im Jahr 202030 Werkstattberichte: Termine und
Fablab-News32 Ankündigung: Anleitungen auf Make
Projects veröffentlichen34 Pi-hole: Das schwarze Loch für Werbung40 Dias scannen mit dem Raspberry Pi46 Dixies: TFT-Displays im Stil von
Nixie-Röhren54 Was uns inspiriert: Schaltkreis-Skulp-
turen, Slothbot, gestickte Tastaturen58 Eigene Knoten für Node-RED66 Hausgeräte-Überwachung mit Fritzbox
und Telegram72 Fritzbox öffnet die Tür78 Zuchtstation für Urzeitkrebse84 Mondphasenanzeige mit ESP32
CO2-Ampel gegen CoronaLüften statt leiden: In Örtlichkeiten mit erhöhter Anste-ckungsgefahr ist ein regelmäßiger Luftaustausch das Mittel der Wahl. Schlechte Luft lässt sich leicht über den CO2-Ge-halt in Messwerte fassen – so macht es auch unser Projekt, das zum Öffnen der Fenster mahnt, wenn die Luft allzu dick geworden ist.
Smart Home mit FritzboxSicher ersetzt die beliebte Fritzbox keine Smart-Home-Zentrale, aber für ein paar Aufgaben kann man sie schon heranziehen: Zusammen mit etwas DIY-Hardware kann sie Hausgeräte überwachen, per DECT-Telefon die Haustürklingel ersetzen und auch gleich die Tür öffnen.
66 Hausgeräte-Überwachung mit Fritzbox und Telegram
102 Reportage: Wearables aus der KOBA Maßschneiderei
110 Community-Projekte: Automatische Fahrradschaltung, Binär-Uhr mit Kniwwelino, TV-Lift
116 Reflow-Löten mit dem Bügeleisen122 Bartop Arcade mit Raspberry Pi, Teil 2130 Tipps&Tricks: Arduino-Pins doppelt
nutzen132 Kurzvorstellungen: Neue Anet-Drucker,
Seeed Odyssey, Calliope 2.0, ESP32-Audiokit
136 Bücher: Stop Motion, Git, Erfinderwerk-statt, Minecraft und Python, 3D Printing
138 Impressum
BrandneuBemerkenswerte neue Produkte finden regel-mäßig den Weg in unsere Testräume: Etwa der günstige 3D-Drucker Prusa Mini, das 3D- Universal genie Snapmaker 2.0 oder der rund-erneuerte BASIC-Computer Color Maximite 2, an dem nicht nur Retro-Fans Gefallen finden werden.
18 3D-Einsteigerdrucker Prusa Mini
20 Fräs-Gravier-3D-Drucker Snapmaker
24 So geht Heimcomputer im Jahr 2020
DIY-ProjekteEin umgebauter alter Diaprojektor könnte Ihre Umkehrfilm-Schätze in das digitale Zeitalter retten, der RasPi-Adblocker Ihr LAN vor über-bordender Werbung bewahren und unsere Zuchtstation für Sea Monkeys alte Yps-Gimmicks wiederaufleben lassen – es gibt viel zu tun!
IndoktrinationEditorial: Ende der Sklaverei, Make 4/20, S. 3
Natürlich ist es bedauerlich, wenn man wie Sie im MINT-Bereich arbeitet, und trotzdem Schwierigkeiten hat, einfache Konzepte wie die Relation Begriffsbedeutung–Kontext prak-tisch anzuwenden. Ich sehe keinen Grund, diesen Mangel auch noch zu veröffentlichen. Es gibt gute, anerkannte wissenschaftliche Praktiken, um damit fertig zu werden :-) Über krude Rassismustheorien, Gender, Identitäre Politik, Quote bin ich zwangsläufig ausrei-chend informiert, und halte das für unwissen-schaftlich bis abwegig bis schwachsinnig.
Ich persönlich möchte diesen Mist in einer von mir mitfinanzierten technischen Zeit-schrift, wenn überhaupt, ausschließlich nur dann vorfinden, wenn im Artikel eine fundier-te wissenschaftliche Auseinandersetzung stattfindet. Halbideologische persönliche Meinungsäußerungen, auch in Editorials, ist für mich Indoktrination.
Bitte nehmen Sie es nicht persönlich! Ich hoffe inständig, das Sie massenhaft solche Breitseiten bekommen, damit jedenfalls unser MINT-Bereich seine Reputation behält. Schließlich haben viele Menschen diesen Be-reich auch deshalb gewählt, weil sie keine Lebenszeit in Theorien investieren wollen, deren Absurdität man in überschaubarer Zeit und abschließend nachweisen kann.
Nix für ungut, danke für Ihr Verständnis, und technisch weiter so!
Wolf Ludwig
Wichtigere Dinge
Wir sollten uns, statt unsere Sprache zu ver-hunzen, lieber um wichtigere Dinge küm-mern, nein, nicht um den überbewerteten Klimawandel, sondern um die Zerstörung unserer Umwelt, wie der des Regenwaldes, wie das Insektensterben wegen der ganzen Pestizide, wie unsere schreckliche Massentier-haltung. Und weil wir schon bei der Sklaverei sind, etwas gegen die moderne Sklaverei durch Scheinselbständige, rechtlose Ange-stellte bei Sub-Sub-Unternehmern tun. Siehe die aktuellen Skandale bei Tönnies, auf dem Bau oder bei Zustelldiensten. Hier wird es kei-nem besser gehen, nur weil es statt Master oder Slave sonstwie heißt. Das Problem liegt nicht bei den Bezeichnungen, sondern in den Köpfen der Menschen.
Rainer Müller-Knoche
Technisch korrekt
Real erlebe ich gerade eine lautstark geforder-te Kulturrevolution – Bildersturm, Denkmal-
zerstörung und Geschichtsverfälschung jeder Art inbegriffen und auch von manchen Me-dien gerne polarisierend thematisiert. Die „Sprachrevolution“ von Gender-Sprech bis BLM ist da nur ein Teil dieser Entwicklung, aber eben ein wichtiger Teil, weil er Standards in der Gesellschaft verändert.
Im rein technischen Zusammenhang, den die darin lautesten Zeitgenossen vielleicht nicht gänzlich überblicken, ist z.B. die in Ihrem Editorial genannte Master-Slave-Beziehung zweier Bauteile oder Geräte aber eine exakte Beschreibung der Abhängigkeiten beider von-einander. Controller und Peripherie bedeutet noch lange nicht, dass ein peripheres Bauteil oder Gerät eine direkte und strikte Abhängig-keit vom Controller hat – Peripherie ist durch-aus eigenständig und hat damit gerade kein explizites Master-Slave-Verhältnis zum Cont-roller. Die deutsche Sprache ist sehr beschrei-bend und würde hier eine ihrer größten Stär-ken – die Beschreibungspräzision und -eindeutigkeit verwaschen. Ein „Slave“ (Sklave) ist ein in allen Daseinsbereichen vom „Master” („Herren/Beherrscher“) Abhängiger.
Das MENSCHEN unter schlimmsten Bedin-gungen zu Sklaven gemacht wurden ist un-bestreitbar unmenschlich – vor Hunderten von Jahren genauso wie heute. Kein Mensch sollte jemals in einem solchen Verhältnis exis-tieren müssen! Der Slave eines JK-FlipFlops steht aber genau in diesem Verhältnis zu sei-nem Master – er ist von dessen Zustand ele-mentar abhängig und kann auch durch Um-benennung nicht aus diesem strikten Verhältnis entfliehen. Hat er damit nicht sogar das Recht, als entrechteter Sklave der Digital-welt wahrgenommen zu werden? Wir können ihn aber nicht befreien! Die Befreiung aller JK-FlipFlop-Slaves würde mit einem Totalaus-fall aller Digitaltechnik inklusive aller liebge-wonnenen Smartphones einhergehen – auch die der lauten Verfechter der eingangs ge-nannten Revolution.
J. Däbritz
Abschaffung der Sprache
Danke für den in mehrerer Hinsicht erhellen-den Beitrag. Bisher hatte ich solche Begriffe als technisches Fachwort gedankenlos ver-wendet. Nun plagen mich Reue und arge Zweifel, ob überhaupt passender Ersatz mög-lich ist. SDI und SDO bezeichnen nicht die
Wir behalten uns vor, Zu-schriften unter Umständen ohne weitere Nachfrage zu veröffentlichen; wenn Sie wenn Sie das nicht möch-ten, weisen Sie uns bitte in Ihrer Mail darauf hin.
KorrekturenManchmal unterläuft uns ein Fehler, der dringend korrigiert gehört. Solche Informatio-nen drucken wir weiterhin auf den Leserbriefseiten im Heft, aber seit Ausgabe 1/17 finden Sie alle Ergänzungen und Berichtigungen zu einzelnen Heft-Artikeln auch zusätzlich über den Link in der Kurzinfo am Anfang des jeweiligen Artikels.
Sie haben auch die Möglichkeit, in unseren Foren online über Themen und Artikel zu diskutieren:
technisch notwendige Rangfolge der betei-ligten Komponenten. Auch Begriffe wie „Mut-ter“ verwirren mit „Schraube“ als Gegenstück; wohl ob der Problematik von „Vaterdreher“, vulgo „Vaterzieher“. Die für sensible, auch fach-fremde Menschen einzig befriedigende Me-thode ist die Abschaffung der Sprache. Vorher aber möchte ich noch ein technisches Gerät oder Prinzip finden, dem die Bezeichnung „linksgrünversiffter Gutmensch“ zuzuordnen wäre, um es für alle Zukunft aus meinen Ent-wicklungen zu verbannen – auch nachdem es seinen Namen verloren hat.
Peter Loster
Humorverbot
Unsere Moralisten haben neue Methoden ent-wickelt, die keiner Beweise bedürfen und auch die Unschuldsvermutung ist ihnen fremd. In Coronazeiten mussten sie neue Tätigkeitsfel-der entdecken und jetzt sind halt die Techniker dran. Sklave, welches Unwort, die Verwen-dung des Ausdrucks gehört gestrichen und verboten. Überhaupt sind diese Techniker so überkreativ, dass ein Kontakt männlich oder weiblich sein kann, ist doch eine Diskriminie-rung der Frau. Da gibt es auf den Mainboards so lange IDE-Steckerleisten, die einst der Ka-barettist Willi Astor eine Frau zur Beschreibung ihres PC sagen ließ: „mein Steckplatz ist noch frei“. Soll das auch verboten werden, wie jede Art von Humor?
Wehrt euch. Wehret nicht den Anfängen, sondern das Treiben muss ein Ende haben. Keine Umbennungen von MOSI und MISO. Auch der Franzose bleibt ein Franzose!
Norbert Strauss
Danke!
Was für ein Editorial! Da fühlt man sich doch gleich besser. Die Werktätigen werden endlich aufgeklärt, ebenso wie die Nörds, dass das mit dem Slave und Master KEINE Verherrlichung oder Verharmlosung der Sklaverei darstellen soll und dass man ihnen zukünftig ihre schmut-zigen Gedanken nicht einfach mehr durchge-hen lassen wird. So fühlen wir uns alle reiner und irgendwie großgeistiger! Wahnsinn, bald ist der Faschismus besiegt. Immer bereit!
Flo Brockmann
Erst Cutter, dann ArcadeBartop Arcade mit Raspberry Pi, Make 4/20, S. 18
Die Bartop-Emulatorstation finde ich klasse. Ich habe mir aus einigen Pappelsperrholzplat-ten vor Jahren schon mal eine gebaut, aller-dings eine Nummer kleiner und eher „very quick & very dirty“ . Spaß hat das gemacht, aber die „Guerilla-Lackierung“ und das gefri-ckelte Erscheinungsbild gefiel mir nie. Da ich damals noch kein gescheites Holzbearbei-tungswerkzeug hatte, brauchte ich eine Mög-lichkeit, Pappelsperrholz sauber zuzuschnei-den. Dafür hab ich dann einen Lasercutter selbst entworfen und gebaut – nach Eurer Vorstellung eines ähnlichen Geräts von Eleks-laser dachte ich: „Das bekomm ich selbst hin“ (youtu.be/PzsGBya63Hk). Mittlerweile ist auch eine Absaugung und ein Schutzgehäuse dran. Damit konnte ich dann das Holz für meinen neuen Arcad-o-mat zuschneiden (, thingi-verse.com/thing:3287810).
Danke für die vielen Inspirationen und die guten Artikel im Heft. Auch wenn man nicht alles nachbauen kann, hat doch so gut wie jeder Artikel das Potenzial, eine Idee keimen zu lassen, auch wenn das vorgestellte Projekt selbst nicht in Frage kommen würde.
Marco Ding
Lieblinkswerkzeug vermisstLieblingswerkzeug, zuletzt in Make 6/19, S. 121
Wir sind seit langer Zeit begeisterte Leser des Make Magazins und basteln gemeinsam viel. Leider gab es schon lange kein Lieblingswerk-zeug und auch keine Seiten mit Tipps&Tricks mehr im Heft. Diese Seiten fanden wir immer klasse, da waren viele tolle Anregungen und hilfreiche Tipps für uns dabei. Warum gibt es das nicht mehr? Wir wünschen uns diese Sei-ten wieder!
Andrea, Christine, Daniel, Florian, Kerstin, Mario, Markus, Rebecca, Roland, Thomas
Der Input für die Lieblingswerkzeuge wie für die Tipps&Tricks stammte überwiegend aus unserer Leserschaft – und leider erreichten uns da im letzten Jahr immer weniger Zuschriften. Am Ende stammte das meiste in beiden Rubriken aus
der Feder unseres rührigen Autorenduos Köhn-lein/Gaus (vielen Dank übrigens!). Aber wir brin-gen natürlich ähnliche Inhalte weiter, so etwa in diesem Heft auf Seite 130.
Wassersensor- WiderspruchPflanzengießer für die Ferien, Make 2/20, S. 34, Ikea-Gewächshaus mit Ardunio, Make 2/20, S. 40 und Community-Projekt: Blumengießanlage mit Multi-Function- Shield, Make 2/20, S. 90
In der Make-Ausgabe 2/10 werden drei Smart-Home-Projekte für Zimmerpflanzen vorgestellt. Für den Pflanzengießer werden kapazitive Bodenfeuchtigkeitssensoren emp-fohlen, die ohne direkten Wasserkontakt we-niger von Zersetzungsreaktionen betroffen sind und daher Langlebigkeit bieten (S. 35, letzter Absatz). Gleich im nächsten Artikel über das autonome Gewächshaus wird der SMT50 beworben und mit einem „Chinasensor“ ver-glichen. Letzterer entspricht in Aussehen und Beschriftung dem vorher per Link gezeigten Bodenfeuchtigkeitssensor, welcher nach einem halben Jahr bereits starke Abnutzungs-erscheinungen zeigt (S. 43, Abb. 2).
Meines Verständnisses nach handelt es sich um das gleiche Produkt mit der gleichen An-wendungsweise (in die Erde des Blumentopfs stecken). Warum wird er einmal als langlebig und ein anderes Mal als kaputt nach 6 Mona-ten beschrieben? Erst benutzt und dann davon abgeraten? Ich hoffe, ihr könnt mich in meiner Verwirrung aufklären.
Lena Höding
Es stimmt, für den Selbstbau-Bewässerer haben wir die beim Ikea-Gewächshäus bemängelten Chinasensoren verwendet. Der Grund dafür war, dass der Selbstbau-Bewässerer nicht zur dauer-haften Bewässerung gedacht ist, sondern nur zum Überbrücken der Ferienzeit, also einiger weniger Wochen. Einfache Widerstandssenso-ren halten nach eigener Erfahrung noch nicht einmal diese Zeit durch und kamen daher nicht in Frage. Die kapazitiven „Chinasensoren“ er-reichen insbesondere zusammen mit dem Tipp, die Sensoren mit Klarlack zu schützen, durchaus einige Monate Lebenszeit. Genug für die Ur-laubsbewässerung und preiswert genug, um eine Selbstbau-Lösung für 30 Euro zu ermögli-chen.
Das Gewächshaus mit Arduino hingegen ist als Dauer-Lösung im Ganzjahres-Betrieb ge-dacht. Daher müssen hier zuverlässige Sensoren mit sehr langer Lebensdauer verwendet werden. Die haben dann aber auch ihren Preis mit etwa 70 Euro/Stück.
Vier statt drei
Ich habe mich ein wenig mit dem Gießauto-mat auseinandergesetzt und eine leicht ab-gewandelte Lösung überlegt. Ich habe einen
normalen Blumenkasten genommen und drei Kunststoff-Terassenfliesen aus dem Baumarkt (4 Euro pro Stück) geholt. Ich habe unter den Fliesen links und rechts eine Reihe Standfüße mit dem Dremel weggesägt und sie passen sehr gut drauf. Somit muss ich auch keine Angst haben, dass der Blumenkasten ausein-andergedrückt wird. Drumherum wird noch mit Silikonabgrenzung gebastelt und die Lö-cher für die Töpfe gesägt .
Das Programm habe ich für vier Töpfe an-gepasst. Zusätzlich habe ich noch ein LCD Display mit I2C Controller drangepackt und lasse mir dort die Wasserwerte ausgeben. Damit kann ich in den nächsten Tagen einfach beobachten, wie viel Wasser die Pflanzen ver-brauchen. Dann muss ich nicht immer mein Laptop anschließen.
Dirk Gödde
Die Idee mit den Terassenfliesen ist sehr gut. Wichtig ist vor allem, immer einen Rand zum Schutz gegen Überlaufen zu verwenden. Ihre Lösung mit Silikon ist da sicher gut geeignet. Da
die Pumpen nie gleichzeitig laufen, spielt der zu-sätzliche Stromverbrauch bei Erhöhung der Pumpenzahl keine Rolle. Im Grunde bestimmt die Anzahl der Ausgangs-Pins des Arduino die maximale Pumpenzahl. Allerdings würde so ein Blumenkasten doch recht unhandlich. Wir den-ken, maximal sechs Pumpen sind sinnvoll, um den Bewässerer auch einmal transportieren zu können. —pek
Während uns per Mail zum Editorial vor allem kritische bis aufgebrachte Stimmen erreichten, gab es auf Twitter auch Lob.
Kaum ein Thema bewegt unsere Gesell-schaft im Moment mehr als die COVID -19-
Pandemie, besonders der Start des Regel-betriebs an Schulen und Hochschulen ist eine Herausforderung. Hier gilt es, die Ausbreitung von SARS-CoV-2, wie das Virus genannt wird, durch organisatorische Maßnahmen zu verhin-dern. Inzwischen ist klar, dass die Viren vor allem über Tröpfchen übertragen werden, die beim Atmen, Sprechen und Husten entstehen. Große Tropfen fallen schnell zu Boden, sodass Ab- stand halten hilft. Mittlere Tropfen werden durch das Gewebe von Masken an der Ausbrei-tung gehindert. Aber was ist mit den feinsten Tröpfchen?
Diese Aerosole sind unsichtbar, schweben lange Zeit in der Luft und werden durch Ver-dunstung immer kleiner, bis nur noch die festen Bestandteile übrig bleiben. In den Tröpfchen vorhandene Viren können so bis zu Stunden infektiös bleiben. Kritisch ist dies vor allem in kleinen Innenräumen mit vielen Personen. Hier hilft nur moderne Klimatechnik oder lüften, lüften, lüften. Aber auch Lüften muss gelernt sein, denn zu viel Lüftung sorgt im Winter für unnötigen Wärmeverlust und eine schlechte Klimabilanz. Darüber hinaus möchte niemand unnötig frieren.
Mitte August empfahl das Umweltbundes-amt daher, in jeder Unterrichtspause intensiv zu lüften. Außerdem, so das Amt, könnten „CO2-Ampeln als Anhaltspunkt für gute oder schlechte Lüftung dienen“. Fertige Ampeln gibt es im Preisrahmen von 80 bis 170 Euro. Wir set-zen aber auf DIY-Lösungen, an deren Bau und Programmierung gleich in mehreren Schulfä-chern angeschlossen werden kann – von der Informatik bis zur Chemie. Unser Modell arbei-tet mit dem IoT Octopus als Mikrocontroller, der vielfältige Auswertungen unterstützt, von einer bunten Neopixel-LED-Ampel über Trend-anzeigen auf einer LED-Matrix bis hin zu IoT-Plattformen wie Thingspeak und Grafana.
CO2 und VOCUm herauszufinden, wann wir lüften müssen, nutzen wir einen biologischen Zusammen-hang: Ausatemluft enthält mehr CO₂ und vo-latile organic compounds (VOC, auf deutsch flüchtige organische Verbindungen) als die eingeatmete Luft. Deren Konzentrationen werden üblicherweise in ppm (parts per mil-lion) gemessen. Mit ca. 400 ppm CO2 (0,04 vol%) und in der Regel weniger als 0,5 ppm VOCs enthält die normale Frischluft nur sehr wenig dieser unsichtbaren Gase. Die Konzen-tration in der Ausatemluft beträgt dagegen 40.000 ppm oder 4 vol% CO2 und damit deut-lich mehr. Da sich auch die potentiell gefähr-lichen Aerosole in der Ausatemluft befinden, können wir deren Ausstoß nun abschätzen, indem wir die anderen Gase messtechnisch erfassen.
Material » IoT Octopus mit BME680 (oder anderes ESP8266-basiertes Board) » Grove CO₂-Sensor (SCD-30) mit Kabel » Adafruit Charlie Wing » Micro-USB-Kabel (5 Volt) » 3mm Birken-Sperrholz » 9x Nylon-Schrauben und Muttern (2,5mm) » 4x Schrauben
Mehr zum Thema » Guido Burger, IoT.Octopus, Make-Sonderheft IoT, S. 16 » Florian Schäffer, Umweltsensoren für Mikro-controller, Make 1/19, S. 8 » Helga Hansen, Umweltsensoren einfach eingesetzt, Make 1/20, S. 16
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Adaptiert von tquev.github.io/covid-19, einer spielbaren COVID19-Simulation
Alles zum Artikel im Web unter make-magazin.de/xyrg
Beim Bau einer Ampel, die zum Lüften auf-fordert, sind prinzipiell sowohl Messungen von CO2 als auch von VOCs nutzbar. Der grund-legende Unterschied ist, dass CO₂-Messungen nur ein Gas in der menschlichen Ausatemluft ermitteln, während VOC-Sensoren fast alle Ver-unreinigungen der Raumluft durch chemische Stoffe erfassen. Sind allein Menschen der Grund für schlechte Luft, führt dies zu äußerst
ähnlichen Ergebnissen, etwa im Schlafzimmer.Einen deutlichen Unterschied gibt es dagegen in Badezimmern, Küchen und Esszimmern oder wenn schlechte Luft von außen kommt, beispielsweise Verbrennungsgase. Auch Aus-dünstungen aus Teppichen und Gegenstän-den oder der Einsatz von Putzmitteln wird von VOC-Sensoren erfasst. Für eine automatische Lüftungsregelung in Häusern sind sie deshalb
zu bevorzugen, weil sie die allgemeine Luft-qualität erkennen. Außerdem sind sie deutlich günstiger, kleiner und bringen oft eine Tem-peratur-, Feuchte- und Luftdruckmessung mit, was ebenfalls der Einschätzung der Luftquali-tät dient. Da die meisten Schulen keine Lüf-tungsanlagen haben, ist hier eine Anzeige nötig, die ein Zeichen liefert, wenn das Lüften notwendig ist bzw. beendet werden kann.
Richtig lüftenKippen oder ganz öffnen, ein oder mehr Fenster – wie lüftet man nun richtig? Hier gibt es viele Möglichkeiten und viele Feh-lerquellen. Das Ziel ist der möglichst kom-plette Austausch der belasteten Luft durch frische Luft von draußen. Am sinnvollsten ist eine kurze Querlüftung, bei der zwei ge-genüberliegende Fenster weit geöffnet werden und kurz Durchzug erlauben. Da-durch wird eine hohe Wechselrate erzielt und wir haben schnell wieder frische Luft. Ist Querlüftung nicht möglich, sollten so viele Fenster wie möglich weit geöffnet werden. Außerdem empfiehlt das Umwelt-bundesamt, in Räumen, in denen Sport ge-trieben wird, fünfmal pro Stunde auf diese Weise zu lüften und nach Auftreten von Krankheitssymptomen wie wiederholtem Husten oder Niesen.
Gerade im Winter werden die Fenster oft etwas länger auf Kipp gestellt, damit nie-mand frieren muss. Dabei hat Luft eine vergleichsweise geringe spezifische Wär-mekapazität und speichert nur wenig Wärme. Kalte Luft wird im Raum nach kurzer Querlüftung daher sehr schnell erwärmt. Das warme Mauerwerk und die Möbel dienen quasi als große Flächenhei-zung. Bei Kipplüftung ist der Luftaustausch
dagegen sehr schlecht. Im schlimmsten Fall tauschen wir nur die warme Luft über der Heizung, während die aerosolhaltige Luft im Raum stehen bleibt. Da die Warm-
luft vom Heizkörper nach draußen strömt, wird es im Raum kälter und wir denken, wir hätten genug gelüftet – in Corona- Zeiten ein gefährlicher Trugschluss.
Vergleich von Sensordaten in einem Badezimmer (links CO₂, rechts VOC)
Dafür gilt die CO₂-Konzentration bereits seit langem als guter Indikator mit klaren Grenz-werten. CO₂-Werte sind außerdem einfach zu verstehen und durch das lineare Messprinzip der Sensoren kann man auf die Anzahl der Personen im Raum schließen, was in Coro-na-Zeiten ebenfalls sinnvoll sein kann.
MessprinzipienModerne CO2-Sensoren messen die Lichtab-sorption von CO2-Molekülen im Infrarotbe-reich, bei 4,3 µm, und werden daher auch nichtdispersive Infrarotsensoren (NDIR) ge-nannt. Da dies eine entsprechende optische Weglänge und Lichtleistung erfordert, sind selbst miniaturisierte CO2-Sensoren noch eini-ge Kubikzentimeter groß und haben eine mittlere Stromaufnahme von 20 mA. Um ver-lässliche Messergebnisse zu liefern, müssen sie regelmäßig kalibriert werden. Dies ist an der Außenluft meist einfach möglich.
Seit 2017 gibt es miniaturisierte, digitale VOC-Sensoren, die flüchtige organische Ver-unreinigungen messen. Sie sind nur wenige Kubikmillimeter groß, günstig herzustellen und haben eine mittlere Stromaufnahme von 0,09 bis 0,9 mA, je nach Betriebsmodus. Das zugrundeliegende Messprinzip ist das der halbleitenden Metalloxide, deren elektrische Leitfähigkeit sich beim Kontakt mit VOCs än-dert. Die geringste Leitfähigkeit zeigt das Me-talloxid in reiner Luft. Je mehr Verunreinigun-gen dazukommen, umso höher wird die Leitfähigkeit. Sie steigt aber nicht linear, son-dern stark bei Veränderungen kleinster Ge-samtkonzentrationen und langsamer bei ent-sprechend großen Konzentrationen. Die Sensoren linearisieren das Signal dann.
VOC-Sensoren messen außerdem kein ein-zelnes Gas, sondern nahezu alle reaktiven Ver-bindungen in der Luft in Summe. Aus dem Messwert kann somit nicht die Konzentration einzelner Moleküle abgeleitet werden. Man-
che VOC-Sensoren errechnen aus dem VOC-Signal noch CO2-Äquivalente ("eCO2"). Falls Ausatemluft die wesentliche Quelle ist, stimmen die Werte mit CO₂-Messungen gut überein. Im Falle anderer Quellen ist das CO2-Äquivalent deutlich höher – gelüftet wer-den muss dann aber auch.
Sowohl die Messungen von CO2 wie auch von VOCs sind von Einflüssen wie Luftfeuchte, Luftdruck und Temperatur abhängig. Einige Module bringen daher entsprechende Sensor-elemente zur Kompensation gleich mit. In fertigen CO2-Ampeln ist übrigens nicht immer ersichtlich, welcher Sensor zum Einsatz kommt: Ist ein optischer NDIR-Sensor verbaut oder wird ein eCO2 berechnet? Auch die An-gabe, wie die Geräte zu kalibrieren sind, fehlt manchmal. In solchen Fällen ist es schwer ein-zuschätzen, wie zuverlässig die Ampeldaten eigentlich sind.
GrenzwerteDas Umweltbundesamt hat allgemeine Leit-linien zur "Gesundheitlichen Bewertung von Kohlendioxid in der Innenraumluft" verfasst, an denen wir uns orientieren, um die Schwell-werte für die Ampel festzulegen. Demnach ist eine CO2-Konzentration unter 1000 ppm hygi-enisch unbedenklich. Eine Konzentration zwi-schen 1000 und 2000 ppm stuft die Leitlinie als bedenklich und alles darüber als inakzep-tabel ein. Ab 1000 ppm sollte danach mit dem Lüften begonnen werden und über 2000 ppm muss gelüftet werden. Führt dies zu Störungen des Unterrichts, sollten Maßnahmen wie eine Verringerung der Personenzahl im Raum oder der Einbau einer Lüftungsanlage überprüft werden.
Der CO2-Wert ist dabei nicht nur Indikator für die Verbreitung von Aerosolen, sondern auch für das allgemeine Wohlbefinden. Aller-dings beeinflussen dies vor allem die chemisch reaktiven VOCs, welche mit dem menschlichen
Organismus wechselwirken und somit bei-spielsweise zu Unwohlsein führen können. In einer weiteren Handreichung empfiehlt das Umweltbundesamt, die Summe der organi-schen Verunreinigungen immer unter 10 bis 25 mg/m3 (entspricht ca. 5 bis 10 ppm, abhän-gig vom jeweiligen VOC) zu halten. Schließlich sollte die relative Luftfeuchtigkeit im Raum bei 40 bis 60 Prozent liegen, da Aerosole bei ge-ringerer Luftfeuchte länger in der Luft bleiben. Diese Empfehlungen gelten aber vor allem für den Einsatz von Lüftungsanlagen.
ElektronikIn unserer Ampel nutzen wir den IoT Octopus, den wir für den Einsatz im Schulunterricht konzipiert und bereits im Make IoT-Sonderheft 2016 vorgestellt haben. Die quelloffene Platine basiert auf dem WLAN-Mikrocontroller ESP8266, und verfügt neben dem VOC-Sensor BME680 und zwei Neopixel-RGB-LEDs über zwei Grove-Buchsen und einen Feather-Steck-platz, an denen weitere Hardware schnell an-gesteckt werden kann. Darüber hinaus haben wir den Bau mit alternativen, ESP8266-basier-ten Platinen, wie WeMOS D1, Adafruit Feather Huzzah oder NodeMCU getestet. Weitere Hin-weise dazu finden Sie online (siehe Link in der Kurzinfo).
Mit dem integrierten VOC-Sensor BME680 lässt sich bereits näherungsweise ein CO2-Wert ermitteln und mit den LEDs in Ampelfarben ausgeben. Der BME misst außerdem Luft-feuchte, Temperatur und Luftdruck und kom-
SCD-30-AnschlüsseSCD-30 Grove-Kabel
VIN rotGND schwarzSCL gelb
RX/SDA weiß
Der Sperrholzrahmen zusammengesteckt und das Display bereits montiert So ist das Holzstück hinter dem Display zu verschrauben.
pensiert so deren Einflüsse auf Messwerte. Zusätzlich verwenden wir einen NDIR-Sensor, den Sensirion SCD-30. Sein Messbereich liegt zwischen 400 und 10.000 ppm, mit einer Ge-nauigkeit von ±30 ppm plus 3% vom Mess-wert. Bei einer Messung pro zwei Sekunden benötigt er 19 mA Strom. Er besitzt eine auto-matische Temperaturkompensation über einen eingebauten Sensor. Die Version des chinesischen Hardwareherstellers Seeed Stu-dio lässt sich am einfachsten in eine Ampel bauen, da diese Platine einen Grove-Anschluss mitbringt. Mit einem Grove-Kabel lässt sich der Sensor einfach mit dem Mikrocontroller verbinden. Wer eine günstigere Version kauft, muss das Kabel anlöten. Nach dem Abschnei-den eines Steckers werden die vier Leitungen angeschlossen, wie in der Tabelle SCD-30-An-schlüsse angegeben.
Auf dem IoT Octopus kann optional ein Knopf als Drehregler und Button montiert werden, um den CO2-Sensor später auf Knopf-druck zu kalibrieren. Schließlich brauchen wir noch eine Anzeige, auf der wir unsere Mess-werte ausgeben. Ohne Extraaufwand geht dies mit den Neopixel-LEDs, die auf dem Board bereits verbaut sind. Sie können grün, gelb oder rot aufleuchten. Für eine detaillierte An-zeige des Werteverlaufs setzen wir eine 15×7 LED-Matrix von Adafruit ein, die auf dem IoT Octopus einfach eingesteckt werden kann. Weitere mögliche Anzeigen sind zum Beispiel
der Neopixel Featherwing von Adafruit, ein Neopixelring oder LC-Display, die alle von der verwendeten Programmierumgebung unter-stützt werden.
GehäuseFür den dauerhaften Einsatz unserer CO2-Am-pel benötigen wir eine Verkleidung, welche die sensible Elektronik schützt und das Auf-stellen erleichtert. Dazu verwenden wir mit einem Laser geschnittene 3mm-Sperrholzplat-ten. Die Vorlagen für verschiedene Ampeln gibt es kostenlos zum Download (siehe Kurz-link). Die Teile sind mit Verzahnungen gestal-tet, so dass man sie einfach zusammenstecken kann. Dabei beginnen wir mit den Seitenteilen und den rechteckigen Halterungen der Rück-seite. Das linke Seitenteil hat neben vier Lüf-tungsschlitzen noch eine Aussparung für das USB-Kabel, je nach Variante ist im oberen Sei-tenteil oder der Front ein Loch für den optio-nalen Schalter. Ein Tropfen Holzleim in den Ecken versteift die Konstruktion und sorgt so für bessere Haltbarkeit. Die Variante mit dem Adafruit Feather Huzzah passt übrigens ge-nauso in dieses Gehäuse.
Das Display wird auf der Vorderseite mit einer kleinen Hilfskonstruktion verschraubt. Dazu sind die vier 2,5mm-Plastikschrauben und Muttern nötig. Die richtige Lage des Boards und des kleinen Holzstücks (siehe Bil-der) ist wichtig, damit der IoT Octopus gleich
darauf passt. Stehen die Schraubengewinde zu weit über, sollten sie gekürzt werden.
Auf die Steckerleisten kann nun der IoT Octopus aufgesteckt werden, wobei ebenfalls auf die Orientierung zu achten ist: Der BME680-Sensor gehört hinter die fünf Löcher der Frontseite. Nach dem Aufstecken der Front sollte der USB-Anschluss hinter der Ausspa-rung auf der linken Seite zu sehen sein.
Im letzten Schritt montieren wir den Sen-sor. Hierzu sind in der Rückwand des Gehäuses Bohrungen vorgesehen, in denen der SCD-30 in der empfohlenen Grove-Version sehr leicht verankert werden kann. Hierzu gibt es kleine Plastikdübel von Grove. Alternativ kann man wieder 2,5mm-Schrauben nehmen, wofür die Bohrungen auf der Platine eventuell erweitert werden müssen. Ein Stück Draht oder doppel-seitiges Klebeband erfüllen die Aufgabe letzt-lich ebenso.
Das Grove-Kabel muss in die rechte Buchse des IoT Octopus gesteckt werden und verbin-det so den CO2-Sensor mit dem IoT Octopus. Hierbei wird der I2C-Datenbus verwendet. Mit vier Schrauben wird die Rückwand nun ver-schlossen.
Die SteuerungFür die Programmierung nutzen wir IoT-Ardu-block, unsere Variante der bekannten Pro-grammierumgebung für den Arduino. Sie
Unser erstes Programm
Die Stromversorgung erfolgt über die seitliche USB-Steckbuchse.
Rückwand mit Bohrungen für die Aufnahme des CO2-Sensors
Ein Grove-Kabel verbindet den CO2-Sensor mit dem IoT Octopus.
funktioniert mit Blöcken und umfasst speziel-le Erweiterungen zum Thema Internet der Dinge (IoT). Die aktuelle Version für Windows und MacOS können Sie kostenlos auf unserer Seite herunterladen (siehe Kurzinfo). Dort fin-den Sie weiter eine Anleitung zur Inbetrieb-nahme und zur Installation des gegebenen-falls nötigen USB-Treibers, wobei es unter Windows schneller als unter MacOS geht. Ge-startet wird zunächst die Datei IoT-Werkstatt.bat. Falls der Windows Defender dies verhin-dert, geht es mit Klick auf Weitere Informatio-nen und Trotzdem Ausführen weiter. Außerdem muss der Zugriff auf „Java(TM) Platform SE binary“ zugelassen werden. Aus der Ardui-no-IDE heraus geht es über Werkzeuge schließ-lich zu Ardublock.
Die Ardublock-Programme bestehen, wie die übrigen Arduino-Programme, grundsätz-lich aus zwei Teilen. Im Setup werden Anwei-sungen eingetragen, die der IoT Octopus nur einmal, nach dem Start, zu erledigen hat. Alle Aufgaben in der Schleife laufen dagegen so-lange wieder und wieder ab, wie der IoT Octo-pus angeschaltet ist. Die möglichen Anweisun-gen finden wir als bunte Funktionsblöcke in der linken Seitenleiste der IoT-Werkstatt. Nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip sind die Über-gänge zwischen den Blöcken in verschiedenen Formen gehalten, sodass nur die passenden Datentypen angeschlossen werden können.
In unserem ersten Programm testen wir die LED-Matrix, den Charlie-Wing, und geben den eCO2-Wert des eingebauten BME680-Sensors aus. Im Setup sind keine Angaben nötig. In der Schleife setzen wir zunächst den blauen Block für die LED-Matrix (aus Anzeigen/Aktoren) mit dem Text eCO=. Der Baustein verbinde (aus Kommunikation (M2M)) sorgt dafür, dass der Sensor-Messwert in den passenden Datentyp umgewandelt wird, weshalb man beim Aus-wählen auf die passenden Formen achten muss. Daran wird der Sensor (BOSCH BME680 BSEC) angeschlossen und in seinem roten Block als auszugebender Wert CO2 (equivalent) ausgewählt. Nach jeder Messung soll der Oc-topus eine Pause von 3000 Millisekunden ma-chen, den passenden Baustein finden wir unter Kontrollstrukturen.
Mit dem Einsetzen der Bausteine für die LED-Matrix und den Sensor bindet die Pro-grammierumgebung automatisch die Treiber und Bibliotheken ein, mit denen die Bauteile angesprochen werden. Jetzt müssen wir den IoT Octopus nur noch mit einem USB-Kabel an den Rechner anschließen und das Pro-gramm mit einem Klick auf Hochladen auf den Octopus auf den Mikrocontroller laden.
Ausgabe als AmpelJetzt wollen wir Ampelfarben sehen. Dazu ver-wenden wir den externen CO2-Sensor SCD-30 und lassen die auf dem Octopus vorhandenen
Neopixel in rot, gelb oder grün aufleuchten. Der Messwert wird wieder auf der Matrix an-gezeigt. Auch dieses Programm hat kein Setup. Wir beginnen mit Setze Zahl-Variable und nennen die Variable CO2. Um den vor-gegebenen Wert 0 gegen den Block Sensirion SCD30 Umwelt (aus Externe Interfaces) austau-schen zu können, muss man die 0 noch an-klicken. Aus den Kontrollstrukturen holen wir dann eine Falls/sonst-Unterscheidung und setzen unter teste einen Vergleich mit < (aus Log. Operatoren). Unsere Variable CO2 können wir mit einem Rechtsklick klonen und links im Vergleich einfügen. Rechts setzen wir die Zahl 1 (aus Variablen/Konstanten) und verändern ihren Wert auf 1000 – den Schwellenwert des Umweltbundesamtes. Ist dies der Fall, leuchtet über dann der rechte Neopixel (aus Anzeigen/Aktoren) grün auf. Unter sonst schachteln wir eine zweite Falls/sonst-Unterscheidung und vergleichen nun gegen die zweiten Schwell-wert von 2000 ppm. Mit der Klonen-Funktion ist dies schnell gebaut. Schließlich ergänzen wir den LED-Matrix-Block und lassen den Wert der Variable CO2 über den passenden verbinde einlaufen. Den Abschluss macht eine Pause über 3000 Millisekunden.
Trend-AnzeigeAuf der LED-Matrix können die Sensordaten über die Zeit sogar mit kleinen Balkendia-grammen dargestellt werden. So können wir einen einfachen Trend, zum Beispiel über die letzte Stunde, ablesen. Hierzu dient der Block Schreibe Array (aus Variablen/Konstanten). Das Array umfasst 15 Stellen, von 0 bis 14, der index, der jeweils mit einem wert gefüllt wird. Der
untere Block zeigt, dass diese Werte wieder vom CO2-Sensor kommen und befüllt den index mit 14. Damit die Daten mit der Zeit nach links über das Display wandern, beginnen wir das Programm insgesamt mit einer Zählschlei-fe (aus Kontrollstrukturen). Unsere Variable nennen wir i und bei Mal setzen wir 14 ein. Hier schiebt Schreibe Array nun den Wert von Stel-le 14 auf Stelle 13. Der Block Lese Array ist unter Variablen/Konstanten zu finden und auch die Klon-Funktion ist wieder hilfreich. Damit die Daten des Arrays auf der LED-Matrix erschei-nen, fehlt nur noch Anzeige Array (aus Anzei-gen/Aktoren) und eine Pause von fünf Minuten (300.000 Millisekunden). Mit den Angaben bei min und max begrenzen wir die angezeigten Konzentrationen auf Werte zwischen 380 und 1200 ppm, sodass jeder Pixel 117,14 ppm ent-spricht.
Nun ist unsere Ampel bestens gerüstet für den Einsatz im Klassenraum, bei dem sich die Neopixel und die Anzeigematrix quasi ständig im Blick des Publikums befinden.
Anbindung an ThingspeakWie sieht das Tagesprofil aus, welche maxima-len Werte haben wir heute gesehen, wie doku-mentieren wir den Lüftungserfolg? All diese Punkte lassen sich mittels IoT-Funktionalität quasi auf einmal klären. Dazu verbinden wir uns mit dem (hoffentlich) vorhandenen WLAN und speichern die Daten in der Cloud. Hier spielt unsere IoT-Werkstatt ihre größten Stärken aus. Ob MQTT, InfluxDB, IFTTT, oder Blynk – für alle großen Maker-Plattformen und -Dienste exis-tieren grafische Blöckchen zur einfachen Inte-gration.
Zwei geschachtelte Fallunterscheidungen – und fertig ist die Ampel
Das folgende Programm nutzt die IoT-Platt-form Thingspeak. Die Zugangsdaten zum WLAN tragen wir über den Block aus IoT: Inter-net-Zugang ein. Da Thingspeak in der kosten-losen Variante nur ein Update-Intervall von 15 Sekunden zulässt, aktualisieren wir mit Wieder-hole erst vier Mal allein die Anzeige der LED-Matrix, bevor wir die verschiedenen Mess-werte mit Send Thingspeak in die Cloud schi-cken. Der API-Key sorgt für die Verbindung zum richtigen Thingspeak Channel. Sie be-kommen ihn nach der Anmeldung auf der Plattform. Im Make IoT-Sonderheft finden Sie auf S. 77 eine Anleitung dazu. Die vielfältigen Export- und Visualisierungsmöglichkeiten von Thingspeak ermöglichen den schul- und auf Wunsch weltweiten Zugriff auf Zeitreihen. Die Thingspeak-Serversoftware gibt es auch als Open-Source-Version zur Selbstinstallation auf einem lokalen Raspberry Pi oder anderen Rechner. Weitere IoT-Beispiele finden Sie on-line (siehe Kurzinfo).
KalibrierungDie NDIR-Sensoren kommen mit einer werk-seitigen Kalibrierung und können direkt ein-gesetzt werden. Einmal im Jahr oder wenn die Messergebnisse unpassend erscheinen, ist eine Kalibrierung notwendig, um die vom Hersteller angegebene Genauigkeit aufrecht zu erhalten. Die typische Abweichung pro Jahr liegt beim SCD30 bei 30 ppm und maxi-mal 80 ppm. Um die Messergebnisse zu über-prüfen, kann man den Sensor für einige Stun-den die frische Luft messen lassen, zum Beispiel an einem offenen Fenster. Hier sollte ein Wert um 400 ppm (±50 ppm) vorliegen, dem normalen CO2-Anteil. Die Außenluft dient auch als Kalibriergas. Dabei gibt es zwei Mög-lichkeiten:1. Automatische Kalibrierung: In diesem
Modus muss der Sensor sieben Tage lau-fen und in dieser Zeit jeweils für eine be-stimmte Zeit an der "frischen" Luft sein. Beim SCD-30 ist es täglich eine Stunde. Der Sensor sucht dann selbständig seine Basislinie und speichert diese auf dem Sensor.
2. Erzwungene Kalibrierung: Hierbei wird der Sensor einer definierten CO2-Konzen-tration (wie 400 ppm) ausgesetzt und der Basiswert angepasst. Der SCD-30 muss der Konzentration mindestens 2 Minuten ausgesetzt werden, auf jeden Fall solange, bis er einen stabilen Messwert anzeigt. In der IoT Werkstatt haben wir dafür einen Block vorbereitet: Calibrate SCD30 to fresh air (zu finden unter Externe Interfaces).
Um den Sensor mit einem Knopfdruck zu kalibrieren, muss nur eine Falls-Abfrage (aus Kontrollstrukturen) in das eigene Programm eingebaut werden. In unserer Komfort-Aus-führung leuchtet nach dem Drücken des
Programm zum Erstellen der Trendanzeige
Zwei blaue IoT-Superblöcke und fertig ist der internetbasierte Datenlogger.
Die einfachste Ampel: Platine mit angeschlosse-nem CO₂-Sensor
Buttons (aus Sensoren) erst die rechte Neo-pixel-LED blau auf und nach einer Pause von einer Sekunde beginnt die Kalibrierung.
Wer es ganz genau haben möchte, muss bei der Messung auch den Luftdruck berück-sichtigen. Dafür kann man im Kalibrierungs-block die Höhe über Meereshöhe (Altitude) eintragen.
Einsatz (nicht nur) in der Schule
In Schulklassen bietet der Nachbau einer CO2-Ampel Anknüpfungspunkte in vielen Fä-chern, über die Erläuterung der Programmie-rung im Informatik-Unterricht hinaus. So kann man im Physik-Unterricht klären, wie lange Tröpfchen im Raum schweben und warum die Luft beim Lüften auskühlen kann, die Wände dies aber nicht tun sollten. Die Zeitreihendar-stellung auf Cloud-Plattformen macht die Aus-wertung und den Vergleich verschiedener Sensoren beziehungsweise Räume zum Kin-derspiel und lädt zum Experimentieren ein. Wie unterscheidet sich Kipplüften vom Quer-lüften? Verändert die Anwendung eines Luft-reinigers die Messwerte? Selbst die Kunst kann man mit ins Boot holen und kreative Alter-nativen für die Darstellung der Messergebnis-se entwerfen – etwa auf einem Neopixelring anstelle der LED-Matrix. Weitere Ideen für den Unterricht sammeln wir auf unserer Pro-jekt-Webseite, zu erreichen über den Link in der Kurzinfo. Schließlich sind Gemeinschafts-projekte mit engagierten Eltern, Sponsoren aus der lokalen Wirtschaft und dem Schulträ-ger denkbar.
Für alle, die in anderen Innenräumen arbei-ten, bietet sich die CO2-Ampel natürlich auch an. Gerade im Home Office vergisst man gerne das Lüften, dabei ist es nach langen Telefona-ten dringend nötig. Und selbst Funktionsräu-me wie Labore, Teeküchen und Toiletten, die von wechselnden Nutzern frequentiert wer-
den, können mit einer Ampel überwacht wer-den, um das Infektionsrisiko zu senken und trotzdem die Klimabilanz zu schonen.
Dabei kann die Ampel beim Nachbau indi-viduell angepasst werden. Sinnvoll wäre zum Beispiel die Kombination mit einem Pax- Counter (Make 1/19, S. 32) oder zusammen mit einer lokalen Cloud. Über IFTTT können wir VoIP-Nachrichten versenden, wenn die Raum-temperatur zu niedrig und das Fenster zu lange
auf ist oder die CO2-Konzentration zu hoch und damit das Infektionsrisiko. Code-Beispiele und Bauteillisten für Varianten mit Neopixelring oder 7-Segment-Anzeige haben wir online be-reits vorbereitet (siehe Kurzinfo). Einen beson-ders schönen Nachbau hat Netzbastler Moritz Metz vor kurzem im Deutschlandfunk vorge-stellt: Er hat unser Projekt als Inspiration für den CO₂narienvogel genommen, der bei schlechter Luft von der Stange kippt. —hch
Die Thingspeak-Plattform visualisiert Zeitreihen – ein perfektes Tool für das Schul-Dashboard
Mit diesem Programm wird die Ampel auf Knopfdruck kalibriert.
Den Prusa Mini bekommt man für 379 Euro direkt im Online-Shop des Herstellers
Prusa Research. Während man sich bei den größeren FDM-Druckern aus dem gleichen Haus entscheiden kann, ob man ein Fertig-gerät oder einen Bausatz kauft (und über 200 Euro spart), wird der Mini stets als ein Mittel-ding geliefert. Sprich: Man muss ein paar vor-montierte Baugruppen zusammenmontieren, wobei man insgesamt vier (!) Schrauben ein-dreht und ein paar Kabel einsteckt. Dass wir am Ende dann aber doch vom Auspacken über die Montage und das erste Kalibrieren bis zum ersten 3D-Druck gut anderthalb Stunden be-schäftigt waren, liegt daran, dass der Zusam-menbau an manchen Stellen doch etwas Ge-duld erfordert, etwa wenn das Flachbandkabel des Displays durch einen schmalen Schlitz gefummelt oder mit einer langen Gewinde-schraube hinter einem ausladenden Gehäuse-teil in einen frei rutschenden Nutenstein ge-zielt werden muss. Dank angeformter Anschläge gibt es aber kein Rätselraten in Bezug auf die vorgesehene Position, man kann da nicht viel falsch machen. Die deutsche Bau-anleitung liegt gedruckt bei und lässt keine Fragen offen, wenn auch die Bilder durch das A5-Format ein wenig klein geraten sind. Wer lieber Videos schaut, kann sich aber auch auf YouTube den Aufbau von Joe Prusa persönlich zeigen lassen – das dauert keine Viertelstunde (siehe Link).
Startbereit
Beim ersten Start führt der Drucker einen Selbsttest durch, um mögliche Fehler zu fin-den, die beim Aufbau passiert sind. Der Test wird auf dem großen Farbdisplay ausführlich dokumentiert, dessen Menü sich auf diverse Sprachen einstellen lässt, unter anderem auf Deutsch. Zur Steuerung des Druckers gibt es ein einziges Dreh-Drück-Rad, das mit seinen drei Armen etwas gewöhnungsbedürftig ge-staltet ist, erinnert es doch zusammen mit dem Display ein klein wenig an einen alter-tümlichen Safe aus einem Cartoon. Aber es lässt sich gut bedienen und man läuft keines-falls Gefahr, versehentlich zu drücken, wenn man nur drehen will (was bei den eleganter gestylten Dreh-Drück-Rädern anderer Dru-cker durchaus passiert).
Gedruckt wird auf eine mit PEI beschich-tete Bauplattform aus Federstahl, die von Magneten auf dem eigentlichen Drucktisch gehalten wird und sich auf 100 °C aufheizen lässt. Die Drucke halten darauf zuverlässig und lassen sich gleichzeitig hinterher einfach lösen, indem man die abgenommene Platte biegt. Vor jeden Druck wird die Bauplattform an 16 Stellen automatisch eingemessen, damit eventuelle Unebenheiten ausgeglichen wer-den können. Der Druckkopf lässt sich auf 280 °C aufheizen, der Hersteller nennt als unterstützte Druckmaterialien unter anderem
PLA, PETG, ASA und ABS. Der Bauraum misst 18cm in alle drei Richtungen.
Innere WerteDer Drucker ist im Betrieb so leise, dass ihn sogar die (zugegeben etwas aufdringliche) Lüftung im Make-Labor übertönt. Prusa baut in das Gerät speziell leise Treiber für die Schritt-motoren ein. Im Test erwies sich die Druck-qualität praktisch als ebenso hervor-ragend wie beim großen Prusa i3 MK3S (Details in unserer Online-Tabelle), auch wenn sich bei den Standardeinstellungen bei 0,15mm Schichtdicke gelegentlich dünne Materialfä-den zwischen Objekten zeigten, wenn man mehrere parallel druckt.
Der Mini hat einen Bowden-Extruder, das heißt, der Vorschubmotor fürs Material sitzt am Rahmen des Druckers (in diesem Fall am Kreuzungspunkt von X- und Z-Achse ) und
von Peter König
Der Mini ist der kleine Bruder des Original Prusa i3 MK3S, den wir in Make 1/20 (S.120) begeistert ge-testet haben. Wer keine ganz so große Maschine braucht und weniger als 400 Euro ausgeben will, findet jetzt im Mini den idealen 3D-Drucker – gerade auch als Einsteiger.
wird durch einen Teflonschlauch in den ei-gentlichen Druckkopf geführt. Trotz des je nach Druckkopfposition recht engen Bie-geradius dieses Schlauchs konnten wir problemlos einen Roboterreifen aus dem gummiartigen Material Ninjaflex drucken (Shore-Härte 85A), der in der Mitte der Bau-plattform lag – bei Bowden-Extrudern in an-deren Druckermodellen klappt die Verarbei-tung von solch flexiblem Material oft nicht problemlos.
Sonderausstattung
Die mit dem kostenlosen Prusa Slicer (Make 4/20, S.90) vorbereiteten Druckdateien bringt man entweder über einen USB-Stick (statt der allgemein üblichen SD-Karte) oder per Ether-net-Kabel auf den Drucker. Bei der Auswahl einer Druckdatei zeigt das Display eine schi-cke 3D-Voransicht – sehr praktisch, wenn man sich nicht mehr genau erinnert, welches Mo-dell sich hinter welchem Dateinamen ver-birgt. Wer drahtlos seine Vorlagen auf den Drucker funken will, braucht als Upgrade ein WLAN-Modul auf ESP32-Basis, was zwar schon angekündigt ist, es aber noch nicht zu kaufen gibt.
Für 20 Euro Aufpreis kann man einen op-tischen Filamentsensor mitbestellen, der den Druck unterbricht, sobald das Material aus-geht. Schiebt man frisches nach, kann der Druck weitergehen. Als optionales Zubehör für 30 Euro gibt es auch eine Bauplattform mit rauer statt glatter Oberfläche, was den Werk-stücken auf der Grundfläche eine eigenwillig strukturierte Optik verleiht, die auch bei di-versen Bauteilen des Druckers selbst zu ent-decken ist – diese Teile werden auf anderen Prusa-Druckern produziert. Die raue Ober-fläche soll zudem bei manchen Materialien die Haftung auf dem Druckbett verbessern.
Fazit
Anfang des Jahres war noch der Prusa i3MK3S der beste FDM-Drucker, den wir je im Testlabor hatten – jetzt muss er sich den ersten Platz mit dem Prusa Mini teilen. Denn mit diesem ge-lingen 3D-Drucke genauso einfach und ge-nauso gut und dank des Farbdisplays mit der Datei-Voransicht sogar noch einen Tick kom-fortabler.
Der Bauraum des Mini ist zwar nur halb so groß wie der des i3, sein Preis ist es aber auch. Die etwas niedrigeren Maximaltemperaturen
für Kopf und Bett sowie der Bowden-Extruder schränken die Materialauswahl zwar etwas ein, aber eigentlich nur im direkten Vergleich mit dem i3 MK3S aus dem gleichen Haus, denn der Mini wird immer noch deutlich heißer als viele Drucker anderer Hersteller. Und das bei einem Preis, der gerade mal 100 Euro über dem eines Billig-Klassiker wie dem Creality Ender 3 V2 (Make 4/20, S. 116) liegt.
Ein wenig unpraktisch ist der würfelförmi-ge Bauraum mit 18cm Kantenlänge – ein Werk-stück, was in der Breite nicht passt, passt auch längs nicht, mit einer Plattform von 16cm × 20cm wäre man vielleicht ein Stück flexibler (wir wollten etwa die Teile eines OpenScan Mini drucken, doch der zentrale Ring der Kons-truktion passt in keiner Ausrichtung auf die Plattform). Aber das ist wirklich Jammern auf hohem Niveau, denn eigentlich ist das der 3D-Drucker, den man haben will – speziell für Einsteiger ist er ideal, weil er vom Fleck weg sehr schöne Drucke zu einem vernünftigen Preis liefert. —pek
Alles zum Artikel im Web unter make-magazin.de/x2h9
Für das äußerst erfolgreiche Kickstarter-Projekt Snapmaker gibt es gleich drei „2.0“-Nachfolger: Die Geräte A150, A250 und A350 unterscheiden sich nur in Baugröße und Bauraum. Eines der ersten Vorab-Exemplare des Snapmaker A350 erreichte uns zum Test.
Geblieben ist das modulare Konzept: Das Gerät ist gleichzeitig 3D-Drucker, Laser-
Gravierer und CNC-Fräse. Beim A250 und A350 ist die Werkzeugtraverse nun als Portal ausge-führt, der A150 und der Vorgänger (jetzt als „Snapmaker Original“ bezeichnet) müssen mit einer „einarmigen“ Konstruktion auskommen. Der A150 (160mm× 160mm x 145mm Bauvolu-men) entspricht in etwa dem Snapmaker Ori-ginal. Dann gibt es den A250 (230mm × 250mm × 235mm), der von der Größe her in etwa dem 3D-Drucker Prusa i3 MK3S vergleichbar ist, und schließlich den großen A350 (320mm × 350mm x 330mm), der schon mit einem großen Creali-ty CR-10 gleichzusetzen ist.
Das doppelte Z-Portal wurde schon wegen des erheblich größeren Bauraums nötig, auch der Y-Schlitten (beim Snapmaker wird statt des Portals das Werkstück selbst bewegt) wird nun von zwei Lineareinheiten angetrieben. Die Kopplung ist rein elektrisch, die Schrittmotoren sind einfach parallel geschaltet.
Würde Apple 3D-Drucker bauen, wären sie wahrscheinlich ebenso sorgfältig und anspre-chend zusammengestellt wie der Snapmaker: Alle Baugruppen sind einzeln verpackt, jedes Schraubentütchen ist beschriftet, Werkzeug zum Zusammenbau ist ebenfalls im Lieferum-fang. Ein Sortimentskästchen nimmt die beim Umbau anfallenden übrigen Teile auf. Im Un-terschied zu Apple liegt aber eine gedruckte A4-Hochglanz-Anleitung bei.
Ikea-EffektLaut Ikea-Effekt bringt man etwas selbst Zu-sammengebautem mehr Wertschätzung ent-gegen als einem Fertigprodukt. Snapmaker hat das Verhältnis von vorgefertigten Teilen und Eigenanteil gut abgestimmt; die Endmon-tage ist nicht schwierig, aber auch nicht allzu trivial. Für den grundsätzlichen Aufbau (ein-schließlich Auspacken!) benötigten wir eine gute Stunde, das Umrüsten für den jeweiligen Verwendungszweck nimmt dann nochmal 10 bis 15 Minuten in Anspruch.
Die Teile sind äußerst präzise gefertigt, alle Aluminium-Oberflächen sauber eloxiert und durchaus robust, sichtbar etwa an der schwe-ren, verwindungssteifen Druckguss-Grund-platte – kein Vergleich mit den Billig-Maschi-nen von AliExpress: 3D-gedruckte Plastikteile oder roh gesägte Alu-Profile findet man beim Snapmaker nicht.
Bemerkenswert sind die gekapselten Li-neareinheiten: Ein flexibler Edelstahlstreifen deckt die Führung so ab, dass nirgendwo Staub oder Späne eindringen können. Die Schrittmotoren sind innenliegend, ebenso die Endschalter. Die Verkabelung beschränkt sich auf ein paar leicht zu montierende Spezial-kabel.
Zur Inbetriebnahme muss man nun noch die Steuerungssoftware Snapmaker Luban 3.80
herunterladen – nachdem man herausgefun-den hat, dass das im Handbuch noch erwähn-te Programm Snapmakerjs durch ebendiese ersetzt wurde. Snapmaker Luban ist gleich-zeitig Slicer, G-Code-Player und CAM-Pro-gramm. Es wirkt mit diesen vielen Aufgaben etwas überfrachtet, dazu aber später.
3D-DruckFür den 3D-Drucker-Betrieb montiert man das beheizte Druckbett (wobei wir die hierfür nö-tigen 22 Schrauben etwas übertrieben finden) und den Filament-Druckkopf für 1,75mm-Fila-ment, der von weiteren vier Schrauben gehal-ten wird. Verbesserungsvorschlag: Ein paar Passstifte würden die bei jedem Umbau nötige Kalibrierung der Z-Höhe erübrigen. Die Druck-bett-Nivellierung über 20 Punkte geht dank des integrierten Abstandssensors aber recht flott vonstatten. Lediglich der letzte Kalibrier-punkt muss manuell angefahren werden, als Abstandslehre dient hierbei ein Blatt Papier.
Das Aufheizen des Druckbetts dauert etwa fünf Minuten, der Druck selbst bereitet mit Snapmaker Luban keine Probleme. Die Grund-einstellungen führten zu wenig rekordver-dächtigen Druckzeiten, auch wenn die Ergeb-nisse auf Anhieb überzeugen konnten – bei kleineren Objekten störte lediglich die etwas grobe Oberflächenstruktur. In der „feinen“ Vor-einstellung gelingen dem Snapmaker makel-lose Oberflächen – allerdings auf Kosten der Druckzeit, die wegen der auf 0,08 mm halbier-ten Schichtdicke auf rund das Doppelte steigt.
Die Filament-Zuführung geschieht direkt von der Rolle zum Druckkopf; das hat leider zur Folge, dass bei der initialen „Nullfahrt“ ein-zelne Windungen von der Rolle springen kön-nen und sich das Material verheddert. Eine einfache, an passender Stelle montierte Draht-schlaufe würde das verhindern.
LasereinheitEine bemerkenswerte Verbesserung gegen-über dem Vorgänger gab es beim Lasermodul: Statt des schwachbrüstigen 200mW-Lasers gibt es nun eine 1,6W-Diode, womit sich Gra-vurarbeiten nun in einem Viertel der Zeit erle-digen lassen. Wunder darf man von der ge-stiegenen Laser-Leistung aber immer noch nicht erwarten: Selbst 2mm dünnes Sperrholz benötigt zwei Durchgänge, um es zuverlässig zu durchtrennen. Für Papp- oder Folienscha-blonen reicht die Leistung indes aus. Das blaue Licht eignet sich übrigens nicht zum Gravieren und Schneiden von transparenten Materialien. Wer farbloses Plexiglas schneiden will, muss nach wie vor zu einem CO2-Laser greifen.
Neu im Lasermodul ist die eingebaute Ka-mera, mit der sich das Werkstück millimeter-genau positionieren lässt, um beispielsweise eine Gravur an einer genau bestimmten Posi-tion aufzubringen. Die Firmware nutzt sie, um
den Fokus nach Werkzeugkopfwechsel schnell einzustellen. Die Kamera lässt sich zur Positio-nierung allerdings nur im WLAN-Betrieb nut-zen; man muss einen „Schnappschuss“ des Werkstücks anfertigen, diesen dann in Snap-maker Luban importieren und sein Motiv dann wie gewünscht darauf positionieren.
Für den Laser-Betrieb ist der Drucktisch gegen vier gerippte, schwarz eloxierte Alumi-niumtafeln zu tauschen, die den durch das Werkstück gedrungenen Laserstrahl „vernich-ten“. Für den Betrieb des Klasse-4-Lasers ist unbedingt die dem Gerät beiliegende Schutz-brille zu verwenden; der Laser ist (ohne Brille) noch aus einiger Entfernung gleißend hell, und vagabundierende Strahlen können zu ernsten Augenschäden führen.
CNC-BetriebIm Vergleich zum Snapmaker Original ist der Fräskopf deutlich aufgewertet worden: Statt der popeligen Bohrfutter, wie man sie von Mini-Bohrmaschinen kennt, gibt es nun eine präzise ER-11-Spannzange, in der Größe ver-gleichbar mit der von kleinen handgeführten Oberfräsen. Mitgeliefert wird allerdings nur ein Einsatz für ¼“-Werkzeuge (3,175mm Schaft-durchmesser). Die Frässpindel weist kein fühl-bares Spiel auf.
Als maximale Drehzahl gibt der Hersteller 12.000 Umdrehungen pro Minute an, was zum Isolationsfräsen und Bohren von Platinen ge-rade so ausreicht. Der DC-Motor dürfte nach unserer Schätzung etwa 60W haben, genaue Angaben zur Spindel finden sich leider nicht.
Die fertig aufgebauten Lineareinheiten sind rasch mit den M4-Edelstahlschrauben montiert; sie werden mit fertig konfektionierten Spezialkabeln mit der Steuerung verbunden. Die Anleitung ist dabei eine gute Hilfestellung.
Snapmaker liefert Spannmaterial und eine MDF-Arbeitsplatte mit, die sich als „Opferplat-te“ leicht auswechseln lässt.
Im Unterschied zum 3D-Druck gibt es hier (noch) keine automatische Nivellierung, was beispielsweise beim Isolationsfräsen extrem sinnvoll wäre; kleinere Platinen sollten mit sorgfältiger Einstellung der Frästiefe aber möglich sein.
Gelungen fanden wir die mitgelieferte MDF-„Opferplatte“ (dafür ist sie fast zu schade) mit aufgedrucktem Zentimeter-Raster, die für die mitgelieferten Spannpratzen genügend Befestigungsbohrungen bereithält. Durch den
üppigen Z-Weg könnte auch ein flacher Ma-schinenschraubstock montiert werden, der die Einspannung kleinerer Teile erleichtert.
Der CNC-Abschnitt im Handbuch schaut noch etwas dürftig aus, doch gerade bei der spanenden Bearbeitung gibt es reichlich Er-klärungsbedarf. Wer hier schlampt, wird um-gehend mit zerstörten Werkzeugen oder Werkstücken bestraft.
Das Fräsen macht nicht nur deutlich mehr Lärm als der 3D-Druck, es produziert auch Späne und Staub. Ein Staubsauger sollte also in greifbarer Nähe sein, und man sollte über das geschlossene Gehäuse als nächste Anschaffung
nachdenken, das der Hersteller als Zubehör an-bietet. Wir vermissten auch einen Not-Aus-Knopf, denn das Fräsen ist (ebenso wie das Arbeiten mit dem Laser) recht unfallträchtig.
SoftwareMomentan sieht die CAM-Unterstützung sei-tens Snapmaker Luban noch etwas dürftig aus. Unterstützt werden 3D-Modelle von Fusion360 (Autodesk), weitere G-Code-Postprozessoren sollen in Vorbereitung sein. Gegenüber der Software für den Original-Snapmaker hat sich leider nicht viel getan. So wird der Werkzeug-durchmesser bei der Anzeige der 3D-Vorschau nicht berücksichtigt (das schaffen inzwischen auch CAM-Programme für den Amateur-Be-reich), und bei manchen Maschinen-Einstel-lungen wird kein G-Code erzeugt - mit nicht näher konkretisierter Ursache.
Der Luban-CNC-Editor bietet als Import nur die Vektorformate DXF und SVG an, womit sich zumindest Teile aus flachem Material ausfrä-sen oder gravieren lassen (2,5D). Zusätzlich kann man im Editor-Modus Rechtecke, Ellip-sen/Kreise und Text hinzufügen; bei allen Ob-jekten lässt sich über den „Process“-Modus eine Werkzeugdurchmesser-Korrektur (Konfi-guration „Pfad“) hinzurechnen.
Der Editor importiert zwar Bilder (BMP, JPG oder PNG), die dann als Grauwerte-Relief ge-fräst werden, aber echte 3D-Dateien (z.B. im STL-Format) oder die zum Platinenfräsen wich-tigen Bohrdaten (üblicherweise im Excel-lon-Format) lassen sich nicht einfügen. Auch ein Werkzeugwechsel im laufenden Betrieb ist nicht vorgesehen.
Möglicherweise ist eine gemeinsame Soft-ware für alle drei Einsatzzwecke doch nicht das Gelbe vom Ei: Funktionen und Einstellun-gen, die für den 3D-Druck gebraucht werden,
Das Druckbett oder die Opferplatte zum Fräsen ruht auf einem verwindungssteifen Skelett aus Alu-Druckguss.
Die hinteren drei Testobjekte wurden in der etwas grob auflösenden Standard-Einstellung (0,16mm Schichtdicke) gedruckt, die Druckzeit betrug für jedes Objekt mehr als eine Stunde. Beim fein aufgelösten Makey vorn ist die Schrift besser lesbar, dafür war er nach einer Stunde erst zur Hälfte fertig.
Im Lasermodul ist nun eine 1,6W-Diode ver-baut. Die Kamera dient zum Positionie-ren des Gravurmotivs.
stören beim Lasergravieren oder beim CNC-Fräsen – und umgekehrt. Etwas verwir-rend ist auch, dass sich Snapmaker Luban eigene Einstellungen nur dann merkt, wenn man jedes Mal ein neues Profil dafür anlegt.
Das auf Android basierende Touch-screen-Bedienteil lässt sich nur sinnvoll nut-zen, wenn keine WLAN- oder Kabelverbin-dung aktiv ist; man kann damit keine Druck- oder Gravurparameter während des Betriebs einstellen. Gegenüber den vierzei-ligen Displays vieler 3D-Drucker hat die ergo-nomische Touch-Bedienung allerdings in jeder Hinsicht die Nase vorn.
Insgesamt ist der neue Snapmaker 2.0 A350 ein durchaus gelungenes und her-
vorragend verarbeitetes Gerät, bei dem der Fokus eindeutig auf den 3D-Druck gelegt wurde. Schnitt- und Gravurleistung des La-sers sind gegenüber dem Vorgänger deut-lich gestiegen, mit reinrassigen Lasercuttern kann das Gerät aber nicht mithalten. Beim CNC-Fräsen sind die Möglichkeiten da-gegen eher durch die Software begrenzt, hier ist noch Luft nach oben. —cm
Die kompakte Frässpindel ist mit einer hochwertigen Spannzange in der Größe ER-11 ausgestattet. Der Rundlauf war bei unserem Testgerät mit über 20µm „Schlag“ am Werkzeugschaft nicht ganz einwandfrei.
Die lokale Steuerung mit dem Android-Touchscreen ist äußerst komfortabel, allerdings sind Anpassungen während des Betriebs hiermit nicht möglich. Das 320W-Netzteil rechts ist übrigens mit einer dezent pulsierenden Innenbeleuchtung versehen – wir hätten uns aber lieber einen Not-Aus-Schalter gewünscht.
Hersteller SnapmakerURL www.snapmaker.comPreis 1559 Euro bei Vorbestellung,
Auslieferung Dezember 2020
Make: 5/2020 | 23
Test
stören beim Lasergravieren oder beim CNC-Fräsen – und umgekehrt. Etwas verwir-rend ist auch, dass sich Snapmaker Luban eigene Einstellungen nur dann merkt, wenn man jedes Mal ein neues Profil dafür anlegt.
Das auf Android basierende Touch-screen-Bedienteil lässt sich nur sinnvoll nut-zen, wenn keine WLAN- oder Kabelverbin-dung aktiv ist; man kann damit keine Druck- oder Gravurparameter während des Betriebs einstellen. Gegenüber den vierzei-ligen Displays vieler 3D-Drucker hat die ergo-nomische Touch-Bedienung allerdings in jeder Hinsicht die Nase vorn.
Insgesamt ist der neue Snapmaker 2.0 A350 ein durchaus gelungenes und her-
vorragend verarbeitetes Gerät, bei dem der Fokus eindeutig auf den 3D-Druck gelegt wurde. Schnitt- und Gravurleistung des La-sers sind gegenüber dem Vorgänger deut-lich gestiegen, mit reinrassigen Lasercuttern kann das Gerät aber nicht mithalten. Beim CNC-Fräsen sind die Möglichkeiten da-gegen eher durch die Software begrenzt, hier ist noch Luft nach oben. —cm
Die kompakte Frässpindel ist mit einer hochwertigen Spannzange in der Größe ER-11 ausgestattet. Der Rundlauf war bei unserem Testgerät mit über 20µm „Schlag“ am Werkzeugschaft nicht ganz einwandfrei.
Die lokale Steuerung mit dem Android-Touchscreen ist äußerst komfortabel, allerdings sind Anpassungen während des Betriebs hiermit nicht möglich. Das 320W-Netzteil rechts ist übrigens mit einer dezent pulsierenden Innenbeleuchtung versehen – wir hätten uns aber lieber einen Not-Aus-Schalter gewünscht.
Hersteller SnapmakerURL www.snapmaker.comPreis 1559 Euro bei Vorbestellung,
Selbstbau-Computer gibt es wie Sand am Meer, aber die meisten kommen nicht übers Prototypen-Stadium hinaus. Oft sind sie ein Haufen Kabelsalat auf Bread-boards, der von leidlich guter Software angetrieben wird. Dagegen spielt der Colour Maximite 2 (CMM2) in einer ganz anderen Liga.
So geht Heimcomputer im Jahr 2020
Alles zum Artikel im Web unter make-magazin.de/xsjw
Der CMM2 ist ein Klein-Computer zum Sel-berbauen, der aber professionellen Maß-
stäben genügt. Das liegt insbesondere daran, dass seine Entwickler über ein gehöriges Maß an Erfahrung verfügen und in der Vergangen-heit schon einige erfolgreiche Elektronik-Pro-jekte auf die Beine gestellt haben.
Genau genommen entstammt der CMM2 einer ganzen Linie von Maximite-Computern. Es gab nämlich schon einen Monochrome Maximite und einen Original Colour Maximite (siehe auch c’ t Hacks 4/13, S. 116, Basic-Touch-panel-Computer). Beide waren ebenfalls aus-gereifte Mini-Computer, die aber deutlich weniger leistungsstark waren.
Die HardwareDas aktuelle Modell schöpft aus dem Vollen und basiert auf der STM32H743IIT6-MCU von STMicroelectronics. Die beherbergt eine ARM-Cortex-M7-CPU, die mit 32 Bit operiert und mit bis zu 480MHz taktet.
Auf dem Board gibt es 2MB Flash-Speicher, um persistente Daten und Programme abzu-legen und dazu noch 1MB RAM. Das war dem CMM2-Entwickler aber nicht genug und so hat er weitere 8MB externes RAM spendiert. Die-ses ist hauptsächlich für Datenstrukturen in Programmen und für Video- und Audio-Daten gedacht.
Der zusätzliche Speicher hilft enorm, denn der CMM2 liefert gestochen scharfe VGA-Gra-fik in hoher Auflösung (800 × 600 Pixel) mit bis zu 65536 Farben. Die belastet den Prozessor in keiner Weise, weil sich ein separater LCD -TFT-Display-Controller darum kümmert.
Zusätzlich gibt es einen Blitter, einen spe-ziellen Logik-Controller, der Speicherbereiche rasend schnell verschiebt und jede Menge Sprites. Die Ausgabe knackiger Stereo-Sounds erfolgt über eine 3,5mm-Klinkenbuchse.
Als Eingabegerät dient eine USB-Tastatur und der CMM2 hat darüber hinaus einen An-schluss für einen Wii Nunchuk.
Der CMM2 bietet zu all dem manches Schmankerl für Bastler. Unter anderem gibt es zwei UART-, zwei I2C-, zwei SPI- und eine One-Wire-Schnittstelle(n). Die werden alle zu-sammen mit weiteren Pins über einen An-schluss mit 40 Pins nach außen geleitet. 28 dieser Pins fungieren als digitale I/O-Pins und 12 kommen mit analogen Signalen zurecht.
Der Anschluss hat das Format einer IDE-Schnittstelle und ist kompatibel mit dem Raspberry Pi und den dazu gehörenden Pi-HATs.
Auf der Platine sind ferner Anschlüsse für einen IR-Empfänger/-Sender und einen DS18B20-Temperatursensor vorgesehen. Üb-rigens gibt es zwei Varianten der Platine, näm-lich eine, die mit SMD-Bauteilen bestückt wird, und eine bastelfreundliche für Through- Hole-Teile.
Als Stromversorgung reicht ein USB-An-schluss, denn der CMM2 begnügt sich mit knapp 300mA. Eine Knopfzelle sorgt dafür, dass die Echtzeit-Uhr ihr Gedächtnis behält und sie hält auch einen 4KB großen RAM- Bereich am Leben, der zur Speicherung von
Optionen und Variablen dient. Im Regelbe-trieb sollte die Batterie für drei bis vier Jahre reichen.
Etwas schade ist, dass der CMM2 keiner-lei Netzwerk-Technologie, zum Beispiel Ethernet, WLAN oder Bluetooth, mitbringt.
Der GPIO-Anschluss dominiert die Rückseite des Geräts.
Auf der Vorderseite bietet der CMM2 Platz für einen IR-Empfänger, einen Wii Nunchuk und eine SD-Karte.
Die Platine des CMM2 ist aufgeräumt und übersichtlich.
Immerhin gibt es schon YouTube-Videos, in denen findige Bastler WLAN nachrüsten.
EinschaltenDer CMM2 hat kein Betriebssystem im eigent-lichen Sinn und muss beim Einschalten nichts von irgendwelchen Datenträgern lesen. Daher startet er in der Regel schneller als der ange-schlossene Monitor.
Nach dem Start wechselt das Gerät sofort in den BASIC-Interpreter, der geduldig auf Kommandos wartet. Beispielsweise gibt der Befehl MEMORY einen Überblick über die ak-tuelle Auslastung des Speichers und PRINT "Hallo" gibt den Text Hallo aus.
Nostalgische Gefühle kommen gewiss dann auf, wenn man den Befehl POKE BYTE &H24000000, 255 absetzt. Der färbt nämlich das Pixel ganz links oben auf dem Bildschirm weiß. Ja, der CMM2 hat eine statische Memo-ry-Map, die zu Peek & Poke-Experimenten wie in guten alten Heimcomputer-Zeiten einlädt.
Im Gegensatz zum Vorgänger hört der Spaß hier aber schon fast auf, solange keine SD-Karte im Slot steckt. Der CMM2 setzt zwingend eine SD-Karte voraus, das heißt, ohne lässt sich nicht viel mit dem Gerät an-stellen.
Immerhin akzeptiert der CMM2 an SD-Kar-ten so gut wie alles, was nicht mehr als 128GB hat und mit FAT16, FAT32 oder exFAT formatiert ist. Es irritiert etwas, dass die Software unter-schiedliche Timing-Schemata für den Zugriff auf die Karten vorsieht und daher nicht jede Karte gleich erkannt wird. Das äußert sich in der Meldung Check Disk am unteren Rand des Displays und zumeist schafft die Anwei-sung OPTION SD TIMING NORMAL Abhilfe.
Stöbern in DateienDie Arbeit mit Dateien auf der Kommando-zeile geht einfach von der Hand, weil das ein-gebaute BASIC einige Befehle zur Verarbei-tung von Dateien mitbringt. Beispielsweise listet ls alle Dateien und Verzeichnisse im aktuellen Verzeichnis auf und CHDIR wechselt in ein neues Verzeichnis.
Dabei ist zu beachten, dass diese Befehle tatsächlich BASIC-Befehle sind und daher den Konventionen der Sprache gehorchen müs-sen. In der Praxis bedeutet das, dass an vielen Stellen Anführungszeichen gesetzt werden müssen, die in herkömmlichen Kommando-zeilen-Interpretern nicht notwendig sind. Um beispielsweise in ein Verzeichnis namens Test zu wechseln, muss die Anweisung CHDIR "Test" ausgeführt werden.
Für kleinere Operationen ist das kein Pro-blem, aber bei der Suche nach Dateien auf vollen SD-Karten kann das schon mal lästig sein. Dankenswerter Weise verfügt der CMM2 über einen komfortablen Datei-Manager. Ge-startet wird er mit der Anweisung FILES und bietet eine effiziente Navigation durchs Da-tei-System mit den Cursor-Tasten.
Darüber hinaus gibt es eine Such-Funktion, Kopier- und Lösch-Operationen und die Möglich-keit, Dateien zu editieren oder direkt auszuführen.
Insbesondere die letzte Funktion erweist sich als überaus praktisch, weil der CMM2 er-staunlich viele Audio- und Grafik-Formate von Haus aus unterstützt. Formate wie WAV, FLAC und MP3 spielt das Gerät automatisch im Hin-tergrund ab. Selbst MOD-Dateien, die auf dem Commodore Amiga das bevorzugte Format waren, bereiten keine Probleme.
Ähnlich gut sieht es bei Bildern aus, die als BMP, GIF, JPEG oder PNG daherkommen können.
Zur Bearbeitung von Texten und Program-men steht ein Editor zur Verfügung, der Funktionen wie Ausschneiden, Kopieren und Einfügen beherrscht. Ferner bietet er Syntax- Highlighting für BASIC-Code und ist einiger-maßen flott. Um mal eben kleinere Programme zu schreiben oder anzupassen, reicht er allemal.
WorkflowUmfangreichere Programme schreibt man besser mit den gewohnten Editoren auf dem PC und transferiert sie anschließend auf den CMM2. Dazu gibt es einige Möglichkeiten.
Selbstverständlich ist der Austausch über die SD-Karte eine Option, aber das ständige Wech-seln vom PC zum CMM2 wird schnell lästig.
Besser ist da schon der Einsatz eines seriel-len Terminals, wie zum Beispiel TeraTerm. Damit lässt sich der CMM2 komplett fernsteu-ern, das heißt, er benötigt nicht einmal eine eigene Tastatur. Jeder Tastendruck im seriellen Terminal wird auch sofort im CMM2 erkannt. Ferner gibt es die Möglichkeit, Dateien auf vielfältige Weise zu transferieren.
Noch etwas bequemer ist MMEdit, ein Text-Editor mit vielen nützlichen Funktionen, der sich mit allen Vertretern der Maximite-Fa-milie verbindet. Damit kann man Programme auf dem PC editieren und sie per Knopfdruck auf dem CMM2 ausführen. Puristen bevorzugen vermutlich aber eher das blanke Metall.
BasisarbeitSobald die Umgebung eingerichtet ist, kann der Spaß beginnen und das bedeutet, BASIC-Programme zu schreiben.
Der eingebaute Datei-Manager ist überaus praktisch.
Der eingebaute Editor reicht für viele Zwecke völlig aus.
Wie zu Zeiten des Commodore C64 grüßt der CMM2 mit dem Prompt des BASIC-Interpreters.
In der Ära der Heimcomputer war das nichts Besonderes, aber heute ist die Sprache einigermaßen verpönt, weil sie zu unstruktu-rierter Programmierung verführt und den all-seits verhassten Spaghetti-Code produziert.
Das BASIC des CMM2 hat glücklicherweise Weise nichts mit dem zu tun, was früher so auf C64, Schneider CPC & Co lief. Der Dialekt heißt MMBasic und er ist eine fast vollständige Im-plementierung des ANSI-Standards für Full Basic. Ferner ist es abwärtskompatibel zu Mi-crosofts MBASIC.
MMBasic läuft nicht nur auf den Maximi-te-Rechnern, sondern auch auf vielen anderen Mikrocontrollern und auch auf Microsoft Windows. Das Projekt steht nicht unter einer Open Source-Lizenz, aber wer MMBasic für nicht-kommerzielle Zwecke einsetzt, be-kommt Zugriff auf den Quelltext.
Zeilennummern sind in MMBasic zwar er-laubt, werden aber selten verwendet, weil die Sprache ordentliche Funktionen unterstützt und so nicht auf das leidige GOTO angewiesen ist. Ein Include-Mechanismus erlaubt die Ver-teilung von Code auf mehrere Dateien und mit ein wenig Disziplin bleiben so auch größere Programme wartbar.
Einer der großen Vorteile von MMBasic ist, dass es einfach zu erweitern ist. Daher spielt die CMM2-Version perfekt mit der Hardware zusammen und es gibt eigene Befehle für die speziellen Video-, Audio- und GPIO-Eigen-schaften des Geräts.
Der Zugriff auf die GPIO-Pins ist mindestens so einfach wie beim Arduino. Zentral ist dabei der Befehl SETPIN, der die einzelnen GPIO-Pins konfiguriert. Beispielsweise macht die Anwei-sung SETPIN 16, DOUT den GPIO-Pin 16 zu einem digitalen Ausgabe-Pin. Insgesamt ste-hen sechs Modi zur Verfügung. Darunter sind Klassiker wie AIN (Analog Input), aber auch spezielle Modi, wie zum Beispiel FIN, der die Frequenz des Signals an einem Pin misst.
Den aktuellen Zustand eines Pins liest die Funktion PIN, das heißt, nach der Anweisung
x = PIN(5) enthält die Variable x den aktuel-len Wert an GPIO-Pin 5.
Das Schreiben von Werten ist ähnlich sim-pel und so setzt PIN(3) = 0 den GPIO-Pin 3 auf 0V. Für kompliziertere Ausgaben eignet sich die Funktion PULSE, die Pulse von bis zu wenigen Mikrosekunden Länge senden kann.
Die meisten Befehle akzeptieren als Para-meter den Namen einer Callback-Funktion, die im Falle bestimmter Ereignisse aufgerufen wird.
Listing ir_receiver.bas zeigt das anhand eines Programms, das einen Infrarot-Empfän-ger kontrolliert. Der Code ist an Effizienz kaum
zu überbieten und beginnt mit einer IR-An-weisung, die den Empfänger initialisiert. Die legt gleichzeitig fest, dass Informationen über das sendende Gerät in die Variable DevCode gehören und der tatsächlich empfangene Code in der Variablen KeyCode landet. Darüber hinaus verknüpft der Aufruf den Empfänger mit der Funktion IR_Int. Die wird aufgerufen, wenn Daten empfangen wurden und sie gibt die Daten auch aus.
Dieses Programmier-Modell ist ungewöhn-lich für BASIC, aber es passt hervorragend zu einem Gerät, dass mit Sensoren aller Art ope-rieren soll. Das Programm fragt nicht unent-wegt nach neuen Informationen beim Sensor,
Sonderheft Make Special PICAXE
Nicht nur Heimcomputer lassen sich in BASIC programmieren, auch Mikrocon-troller wie der Picaxe steuern ihre Pins und Funktionen mit BASIC-Befehlen. Wie leicht das geht, zeigt unser Sonderheft und erklärt die Software, Hardware und die Befehle, die dafür nötig sind.
So gelingt die Programmierung eigener Projekte noch leichter als beim Arduino-C. Statt void() und Pointerarithmetik bie-tet das Picaxe-BASIC auch blutigen Anfän-gern verständliche Befehle mit vielen Funktionen zum Steuern der Hardware. Das Heft führt in die Grundlagen der BASIC-Programmierung und die interne Hardware des Chips ein. Anhand ver-ständlicher und praktischer Projekte lernt man, die Befehle konkret einzusetzen.
Das Heft wird im Bundle mit einem Pica-xe-Mikrocontroller und unserem eigens dafür entwickelten Programmier- und Test-Board Nano Axe geliefert. Damit lässt sich der Picaxe leicht per USB program-mieren und debuggen.
Das Heft kostet 24,95 Euro und ist ver-sandkostenfrei über den heise Shop zu beziehen.
Der Infrarot-Empfänger funktioniert mit vielen handelsüblichen Fernbedienungen.
ir_receiver.bas
IR DevCode, KeyCode, IR_Int
DO ' Hier kann man irgendwas machen.LOOP
SUB IR_Int PRINT "Received device = " DevCode " key = " KeyCodeEND SUB
sondern wird informiert, wenn es etwas Inte-ressantes gibt. Das vereinfacht die Program-mierung enorm.
Was geht sonst?Um mal eben schnell ein kleines Elektro-nik-Projekt aufzusetzen oder ein paar Baustei-ne auszuprobieren, ist der CMM2 eine gute Plattform. Der BASIC-Interpreter fördert die Interaktion und die vielen speziellen Komman-dos machen selbst komplexe Abläufe zu einem Kinderspiel.
Es gibt aber noch ein weiteres Anwen-dungsfeld, auf dem der CMM2 ganz weit vorne liegt, und das ist die Spieleprogram-mierung. Es ist kein Zufall, dass die unschein-bare Box einen Nunchuk-Anschluss hat und die Grafik-Hardware schreit geradezu nach ein paar Action-Titeln.
Dafür ist wirklich alles da. Das System hat einen Blitter und jede Menge Sprites. Es un-terstützt Multi-Buffering und liest problemlos gängige Grafik- und Sound-Formate. Bis zu drei Wii Nunchuk oder drei Wii Classic-Con-troller sorgen für Multiplayer-Spaß.
Wenig überraschend gibt es auch schon die eine oder andere interessante Portierung und eine Umsetzung des Klassikers Gauntlet ist besonders beeindruckend. Es ist kaum zu glauben, dass dieses Spiel in interpretiertem BASIC läuft.
Geht immer noch besserDie CMM2-Entwickler verbessern und erwei-tern die Firmware des Systems kontinuierlich. Zum Beispiel ist es seit kurzem möglich, in C geschriebene und übersetzte Erweiterungen als ARM-Assembler-Code in BASIC einzubin-den, um die Performanz bei Bedarf noch wei-ter zu steigern.
Von diesen Verbesserungen profitieren CMM2-Nutzer ohne großen Aufwand, denn sie können neue Versionen der Firmware über den USB-Anschluss und mit kostenloser Soft-ware einspielen.
Die Software heißt STM32CubeProgram-mer und kommt von STMicroelectronics. Jeder kann sie kostenlos für alle gängigen Betriebs-systeme herunterladen, aber der Hersteller möchte zumindest die E-Mail-Adresse seiner Kunden kennen.
Auf dem CMM2-Board sind vor dem Firm-ware-Upload ein paar Vorbereitungen zu tref-fen. Unter anderem muss ein Jumper versetzt werden, der das Gerät in den Programmier-Mo-dus versetzt. Dann kann die Aktualisierung über einen der beiden USB-Ports erfolgen.
Shut up and take my money!Momentan gibt es noch keinen deutschen Händler, der den Colour Maximite 2 vertreibt und der nächste Shop befindet sich in Eng-land. Dort sind sowohl die vormontierte SMD-Variante mit Gehäuse für 85 britische Pfund als auch ein Selbstbau-Kit für 55 Pfund erhältlich.
FazitMit dem CMM2 wird ein Traum für Nostal-gie-Fans wahr. Einen solchen Computer wünschte sich jeder, der in den Achtzigern aufgewachsen ist. Kein langes Booten, sofort mit BASIC loslegen und trotzdem Spiele auf dem Niveau von ehemaligen Spielhallen-Ti-teln programmieren.
Das System überzeugt durch die Liebe zum Detail und wirkt trotz der vielen Funktionen nicht überfrachtet. Die ausgezeichnete (eng-lische) Dokumentation und ein aktives Forum sorgen für schnelle Erfolgserlebnisse sowohl bei der Programmierung als auch bei der Rea-lisierung von Elektronik-Basteleien.
Wenn man die Handbücher ausdruckt und mit einer Spiralbindung versieht, ist der CMM2 genau das Richtige für lange Winter-abende. —dab
Die Installation einer neuen Firmware ist schnell erledigt.
Ein inoffizieller Gauntlet-Port in interpretiertem BASIC steht dem Original in nichts nach.
Mitmachwerkstatt Offenburg eröffnetDer neue Raum liegt direkt im Bahnhof
Mitte August fiel in Offenburg der Startschuss für die Mitmachwerkstatt des örtlichen Chaostreffs Section77. Zum Start waren bei einem Tag der offenen Tür unter besonderen Hygienebedingungen alle Interessierten eingeladen, den frisch renovierten und teilweise aus-gestatteten Raum zu besichtigen und mit den Vereins-mitgliedern ins Gespräch zu kommen. Ein Jahr zuvor wurde die Mitmachwerkstatt gegründet, um auch längerfristige Projekte zu ermöglichen. Das was in der vorigen Situation als Mitnutzer der Gasträume eines Studentenlokals nicht möglich. Der neue Vereinsraum im nördlichen Teil des Offenburger Bahnhofsgebäudes stand zuvor längere Zeit leer und wurde von den Ver-einsmitgliedern umfassend renoviert. Zu Beginn sind ein 3D-Drucker, ein Lötarbeitsplatz und eine Tischbohr-maschine eingezogen. Weitere Werkzeuge und Ma-
schinen aus den Bereichen Elektronik, 3D-Druck und CNC-Fräsen werden noch beschafft.
Falls künftig Platzmangel droht, ist bereits die zu-sätzliche Nutzung eines angrenzenden Raumes in Aus-sicht. Vereinsmitglieder haben rund um die Uhr Zugang zum Raum und dessen Ausstattung. Für interessierte Besucher finden in jeder ungeraden Woche eines Mo-nats jeweils am Dienstag ab 20 Uhr die regulären, offe-nen Vereinstreffen statt. Zusätzlich gibt es alle zwei Monate Samstags ein „freies Hacken“ und einmal im Monat ein Tech-Event mit einem bestimmten Thema. Aufgrund der aktuell bestehenden Hygieneregeln ist derzeit die maximale Anzahl an Teilnehmenden be-grenzt und eine Anmeldung vorab notwendig. —hch
í section77.de
Reparaturmonat OktoberWeltweite Veranstaltungen werben für das Reparieren
Der Oktober ist seit einigen Jahren der Zeitpunkt für Aktionen rund ums Reparieren und das deutschland-weite Vernetzungstreffen der Reparatur-Initiativen. Durch die Corona-Pandemie muss das Programm des Vernetzungstreffens dieses Jahr allerdings digital statt-finden. Daher sind vom 6. bis 25. Oktober eine Reihe an Webinaren und Arbeitsgesprächen im Internet ge-plant. Los geht es am 6. Oktober mit einem Gespräch darüber, wie Reparatur-Teams zusammenarbeiten und sich organisieren. In den weiteren Arbeitsgesprächen stehen die Frage, wie Selbsthilfe eigentlich funktio-niert, was degrowth bedeutet sowie das Einbinden von Jugendlichen in Reparatur-Initiativen und das Recht auf Reparatur in Europa auf der Agenda. Außer-dem sind zwei Webinare geplant, die Rohstoffe in der Elektronik und effizientes Reparieren beleuchten.
Rund um den Internationalen Tag der Reparatur, den 17. Oktober, wird es weltweit zusätzlich viele Ver-anstaltungen von lokalen Initiativen geben. Das dies-jährige Motto lautet „Reparatur ist notwendig“ und soll auf die Bedeutung des Reparierens in Zeiten der
Pandemie hinweisen. Bereits im September starteten schließlich die ersten 3D-Reparatur-Stammtische, in denen der Einsatz von 3D-Druck in Reparatur-Cafés diskutiert wird. Die Idee zu den Treffen stammt aus dem Projekt "3D-Druck & Reparatur", das vor einem Jahr mit einer Onlinesammlung von Ersatzteilmodel-len für den 3D-Druck abgeschlossen wurde. —hch
í reparatur-initiativen.de
Maker-Termine
ÜsiZUGkunft28. Oktober – 11. November FabLab Zugfablab-zug.ch
Roboexotica19.–22. November Freiraum Wienroboexotica.at
Diese und weitere Termi-ne stehen auch laufend aktualisiert in unserem Kalender auf der Websei-te unter: www.heise.de/make/kalender
Verteiltes ChaosDer Chaos Communica-tion Congress wird in die-sem Jahr eine Remote Chaos Experience (rC3). Derzeit sind die Hackspa-ces aufgerufen, sich Ideen für lokale Events mit einem gemeinsamen Programm zu überlegen.
events.ccc.de
Umzug in MannheimDas Mannheimer Raum-ZeitLabor hat endlich ein neues Zuhause gefunden und bleibt in Käfertal. Künftig wird es in der Weinheimer Straße 58-60 unterkommen. Zunächst muss allerdings noch re-noviert werden.
twitter.com/ RaumZeitLabor
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Veranstalten Sie selbst?Tragen Sie Ihren Termin in unsere Kalender ein oder schicken Sie uns eine E-Mail an:
Vom 10. bis 25. Oktober können Schulen, Unternehmen und Privatpersonen im Rahmen der Initiative „Code Week“ Veranstaltungen für den Einstieg ins Program-mieren anbieten. In Deutschland sind bereits etwas über 180 Veranstaltungen für die Code Week angemel-det. Sie richten sich fast ausschließlich an Schülerinnen und Schüler und haben eine große thematische Band-breite: Von 3D-Druck, Robotik und KI über Grundlagen von Programmiersprachen und den üblichen Program-miertools für Kinder ist alles dabei. Außerdem gibt es mehrere regionale Code-Week-Initiativen. In Ham-burg, Berlin, der Region Bonn-Rhein-Sieg und Ba-den-Württemberg sind so genannte Regio Hubs ent-standen, die regionale Projekte unterstützen und vernetzen wollen.
Die Code Week wurde 2013 von der Gruppe Young Advisors und der früheren EU-Kommissarin für Digita-le Agenda, Neelie Kroes, initiiert. Seitdem wird sie jähr-lich in ganz Europa von ehrenamtlichen Botschafte-rinnen und Botschaftern durchgeführt und soll es allen Bevölkerungsgruppen ermöglichen, sich Kenntnisse im Coding anzueignen. Die Voraussetzungen, um einen Workshops zu organisieren, sind dabei bewusst niedrigschwellig gehalten. Wer eine Veranstaltung an-
bieten möchte, kann sich von vielen Seiten Unterstüt-zung holen. Neben den inhaltlichen Ressourcen für die Ideenfindung, Vorbereitung und Durchführung einer Veranstaltung können die nationale Initiative in Deutschland und die Regio Hubs auch beim Finden eines Raums für die Veranstaltung helfen. Darüber hinaus kann man eine Aufwandsentschädigung von bis zu 300 Euro für Materialien beantragen. —esk
í codeweek.de
Neustart in NeuenstadtDas Fablab Neuenstadt hat seit September wie-der geöffnet. Neu einge-troffen ist eine CNC-Fräse, die kurz vor der Coro-na-bedingten Schließung mit einer Spendenaktion finanziert wurde.
fablab-neuenstadt.de
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Aus für die WerkboxDie Münchner Werkbox hat mit dem Auslaufen ihren Mietvertrags zum Ende Juli geschlossen. Wie es weitergeht, ist derzeit noch unklar.
Unsere neue Onlineplattform Make Pro-jects ist gestartet. Helft uns, sie mit Leben
zu füllen! Ihr findet sie unter makeprojects.com/de. Hier könnt ihr eure Projekte mit an-deren teilen, die Anleitungen anderer Maker nachbauen und euch miteinander austau-schen. Ladet euer Projekt hoch und zeigt allen, was ihr zu Hause selbst gebaut habt.
Manch einer erinnert sich sicher an die Ru-brik Community-Projekte auf unserer Webseite, auf der ihr eure Maker-Projekte selbst veröf-fentlichen konntet. Mit Make Projects geht das jetzt viel einfacher.
Auch wir als Redaktion zeigen dort unserer kleineren Projekte und Anleitungen. Schaut mal auf unserem Profil @MakeMagazinDE vor-bei. Viele ältere Make-Projekte könnt ihr dort bereits finden.
Wir lieben Open-Source: Schreibt Schritt-für-Schritt-Anleitungen auf Deutsch,
damit andere eure Projekte nachbauen kön-nen. Vernetzt euch weltweit: Gebt Feedback zu den Projekten anderer, tauscht euch aus oder helft euch gegenseitig während des Pro-jektbaus weiter.
Veröffentliche dein Projekt auf Make Projects
Dein eigenes Projekt auf Make Projects mit anderen zu teilen, ist ganz einfach: Nach einem Klick auf das Plus-Symbol kannst du auswäh-len, ob du mit einem leeren Projekt starten oder eine der vorgegebenen Projektvorlagen benutzen möchtest. Danach kannst du ver-schiedene Teilprojekte für dein Projekt anle-gen. Ob work-in-progress, Prototyp oder lang erprobtes Lieblingsprojekt – auf Make Projects ist es richtig aufgehoben. Zum Abschluss kannst du es der passenden Kategorie zuord-nen. Fehlt deine Lieblingskategorie noch? Dann sag uns Bescheid. Wer etwas schüchtern ist, kann sein Projekt auch erstmal auf privat stellen und veröffentlichen, sobald es bereit für fremde Augen ist.
Mit Make Projects könnt ihr eure Ergeb-nisse allerdings nicht nur besonders einfach, sondern auch besonders ansprechend online stellen: Eure Listings werden automatisch er-kannt und eingefärbt, ihr könnt Videos hoch-laden, blitzschnell Bildergalerien erstellen und andere Projekte mit Vorschau verlinken.
Wer bereits einen Account bei der englisch-sprachigen Version von Make Projects ange-
legt hat, kann diesen einfach weiterbenutzen und auf makeprojects.com/de auf Deutsch weitermachen.
Project BoardsMit den praktischen Project Boards könnt ihr in einer Gruppe sogar größere Projekte planen, Dateien hochladen und euren Fortschritt mit-einander teilen. Hier seid ihr ganz unter euch und könnt gemeinsam kreativ sein: Nutzt das Project Board, um zusammen Projekte nach vorne zu bringen – egal, wo ihr auf dem Globus seid!
Wir freuen uns auf eure Projekte und euer Feedback! —rehu
von Rebecca Husemann
Neue Projektplattform in der Beta
Mit einzelnen Projektschritten ist es ganz einfach, auch bei umfangreichen Projekten die Übersicht zu behalten.
Das Projekt braucht natürlich einen Namen, ein Bild und eine kurze Beschreibung.
Mit der leeren Vorlage könnt ihr euer Projekt ganz frei präsentieren, mit den anderen sind schon einige Abschnitte für euch vorbereitet.
Mit einem Klick auf Plus könnt ihr loslegen.
Alles zum Artikel im Web unter make-magazin.de/xtsb
Pi-hole ist ein Werbeblocker für das heimische Internet, der auf dem Raspberry Pi läuft. Wer von Werbung beim Surfen genervt ist und den Trackern von Google und Co. ein Schnippchen schlagen
will, für den ist die freie Software genau das Richtige.
Ich bin von Onlinewerbung sehr schnell ge-nervt. Sie – und vor allem die zahllosen Skrip-
te, die mitgeliefert werden – lassen Webseiten langsamer laden. Doch dass mich blinkende und um Aufmerksamkeit heischende Werbung stört, ist nur eine Seite des Problems. Die ande-re: Ich will gar nicht wissen, in wie vielen Track-ing-Datenbanken von global agierenden Wer-benetzwerken meine Daten in diesem Moment landen.
Nun kann sich jeder im Browser einen Ad-blocker installieren, der die meisten Probleme löst. Wie sieht es aber mit dem Smartphone aus? Mit dem intelligenten Kühlschrank, dem Arbeitslaptop, dem IoT-Device? Werbenetzwer-ke werden zudem nicht nur vom Webbrowser antelefoniert, sondern auch von anderen Pro-grammen: Treibersuites, Chatprogrammen, sogar Windows selbst bindet Werbung ein. An dieser Stelle wünsche ich mir eine zentrale Lö-sung: Mein Netzwerk zuhause soll einfach gar nicht mehr mit Werbenetzwerken reden. Schaf-fe ich es also, dass mein Router, durch den ja sämtlicher Datenverkehr ins Internet fließt, die Kommunikation mit unerwünschten Servern unterbindet, habe ich mein Ziel erreicht.
Hierbei hilft dem datensparsamen Maker die freie Software Pi-hole. Durch die konkrete Installation von Pi-hole leite ich weiter unten, vorher erkläre ich das Funktionsprinzip.
Was ist DNS?DNS steht für Domain Name System und wird recht passend als das Telefonbuch des Inter-nets beschrieben. DNS ist nötig, da der Zugriff auf Webdienste streng genommen nicht über eine Adresse, wie wir sie kennen, funktioniert. Stattdessen läuft er über die IP-Adressen der Server, auf denen die Webdienste bereitge-stellt werden.
Gebe ich beispielsweise in meinen Browser https://www.heise.de/make/ ein, startet mein Computer als Erstes eine Anfrage an einen DNS-Server, üblicherweise den meines Internetanbieters. Darüber kann er heraus-finden, welche IP-Adresse hinter dieser Adresse steckt. Im Fall von heise.de ist dies die IPv4-Adresse 193.99.144.80. Sollte meine Internetausstattung IPv6 unterstützen, kann ich heise.de auch unter der Adresse 2a02:2e0:3fe:1001:302:: erreichen. Damit kann mein Router ins Internet funken, um den an-gefragten Inhalt abzurufen.
Werbung mit DNS blockenWenn ich die Kontrolle über einen eigenen DNS-Server besitze, ist es prinzipiell sehr ein-fach, DNS-Anfragen ins Leere laufen zu lassen und somit effektiv Werbung zu blockieren. Startet ein Gerät eine Anfrage für eine uner-wünschte Webseite, kann der DNS-Server schlicht mit „diese Webseite existiert gar nicht“
antworten. Auf diese Weise kann das Gerät keine Werbung anzeigen und das Werbenetz-werk wird gar nicht erst aufgerufen.
Dazu muss ich allerdings wissen, hinter wel-chen Adressen Werbenetzwerke stecken. Glücklicherweise gibt es Listen mit solchen Adressen, die von Freiwilligen stets aktuell ge-halten werden. Genau diese Listen verwenden auch Ad-Blocker-Browser-Plug-ins, um ihre Aufgabe zu absolvieren.
Auftritt Pi-holeDer Raspberry Pi bietet die perfekte Plattform für meinen Werbeblocker. Da er sehr wenig
Strom verbraucht, eignet er sich hervorragend als Server, der rund um die Uhr im Betrieb ist. Was läge also näher, als auf dieser günstigen Plattform einen eigenen DNS-Server zu be-treiben? Einen, der nicht nur Werbung, son-dern auch anderen unerwünschten Netzwerk-verkehr auf DNS-Ebene wegfiltert?
Genau das dachte sich auch das Pi-hole Team und hat gleich eine ganze Suite an pas-senden Tools entwickelt.
Die maßgeblichen Komponenten sind dabei FTLDNS (Faster Than Light DNS, der DNS-Server von Pi-hole) und eine Webober-fläche mit integriertem Webserver. Über die Weboberfläche kann man beobachten, was
Kurzinfo
» Werbeblocker für Browser und smarte Geräte » Installation von Pi-hole auf dem Raspberry Pi » Wahl der richtigen DNS-Server
ChecklisteZeitaufwand:etwa 2 Stunden
Kosten:60 Euro
Programmieren:Raspbian aufsetzen
Material » Raspberry Pi Modell 1B bis 4B oder neuer » SD-Karte mind. 4GB » Netzteil
n Ein schneller Root-Check, dann werde ich schon mit einem schmucken ASCII-Logo begrüßt.
Alles zum Artikel im Web unter make-magazin.de/xd1a
alles im Netzwerk passiert und das FTLDNS administrieren.
Vor der InstallationAm besten verwendet man einen unbenutz-ten Raspberry Pi, um Pi-hole zu installieren. Es wird ausdrücklich davor gewarnt, Pi-hole auf einem bestehenden System zu installieren, das bereits andere Netzwerktätigkeiten aus-übt. Der Grund dafür ist, dass der Linux-eige-ne DNS-Dienst dnsmasq deaktiviert wird,
womit bereits existierende Konfigurationen verloren gehen.
Außerdem sollte der Pi im späteren Betrieb für eine möglichst sichere Verbindung per LAN-Kabel ans Netzwerk angeschlossen sein. Nach gut einem Jahr Betrieb im WLAN-Netz kann ich allerdings berichten, dass die Ver-bindung auch so stabil genug war.
Neben Raspbian, dem empfohlenen Be-triebssystem für Raspberries, werden auch Fedora, Debian, Ubuntu und CentOS unter-stützt, jeweils mit unterschiedlichen Prozes-
sorarchitekturen. Das Betriebssystem muss man vor Pi-hole installieren: In meinem Fall habe ich Raspbian verwendet. Der Bedarf an freiem Festplattenplatz für die Pi-hole-Instal-lation ist mit ungefähr 50 Megabyte vernach-lässigbar. Die empfohlene Größe des Arbeits-speichers ist 512 Megabyte, der wird allerdings im Betrieb kaum belegt.
InstallationÜber ein simples Kommandozeilen-Script, curl -sSL https://install.pi-hole.net | bash, wird der textbasierte Installer gestartet . Das führe ich im Terminal des RasPis aus. Dann werde ich auf Englisch durch die Instal-lation geführt. Nebenher wird mir der Prozess erklärt: Welche Schritte muss man außerhalb des Pis – vor allem am heimischen Router – vornehmen, um die gewünschte Blockwir-kung zu erzielen?
Jetzt kommt die erste nennenswerte Entscheidung: die Wahl des Upstream DNS Providers . Ohne den geht es nicht, denn Pi-hole besitzt nicht selber alle „Telefonbuch-einträge für das Internet“. Es muss sich die IP-Adressen für Internetdienste von außerhalb holen. Ich habe hier die Möglichkeit, zwischen verschiedenen Diensten auszuwählen. Dazu gehören unter anderem Google, OpenDNS und DNS.WATCH.
Google würde sich nur zu sehr freuen, meine Surfgewohnheiten weiter zu analysie-ren (mehr dazu im Kapitel Datensicherheit). Somit scheidet die Firma als Anbieter aus. OpenDNS ist ein weiteres Unternehmen aus den USA, welches verspricht, Phishing- und andere bösartige Webseiten zu blocken. DNS.WATCH sagt zu, keine Zensur oder anderwei-tiges Blocken vorzunehmen und DNS-Anfra-gen von unserem Pi-hole nicht zu speichern. Dazu gibt es noch weitere vordefinierte Op-tionen. Zu guter Letzt kann ich eigene IP-Ad-ressen für DNS-Server eintragen.
Ich möchte mit meinem Pi-hole selber Blocklisten verwalten und entscheiden, wel-che Seiten ich zu sehen bekomme. Daher wähle ich erstmal DNS.WATCH als offenen Upstream Provider. In der Web-Oberfläche kann ich später immer noch sehr bequem die Einstellungen verändern.
BlocklistenIm nächsten Schritt gibt es die Wahl der Block-listen. Zur Auswahl stehend und bereits an-gehakt sind StevenBlacks's Unified Hosts List und eine Liste mit Malware-Domains. Steven-Blacks Liste ist eine Art Best-Of der Werbenetz-werke und wird von der Community aktuell gehalten. Ich lasse beide angehakt und gehe zum nächsten Schritt. Hier kann ich auswäh-len, ob IPv4 und IPv6 behandelt werden sollen. Natürlich sollen beide Versionen greifen: IPv4,
n Der Upstream DNS Provider liefert dem Pi-hole die nötigen Daten, um seine Arbeit zu machen.
n Das Web Admin Interface macht die Administrierung sehr einfach.
weil es noch immer sehr stark verbreitet ist, und IPv6, weil es die Zukunft ist.
Beim nächsten Schritt wird mir angezeigt, welche IP-Adresse mein Pi vom Router be-kommen hat. Genau diese wird der Pi in Zu-kunft auch bei sich als statische Adresse hin-terlegen. Später werde ich sie als DNS-Server im Router eintragen müssen. Es folgt eine Belehrung über IP-Konflikte und wie ich sie vermeiden kann. Auch diese Information wird später bei der Router-Konfiguration noch nützlich sein.
Nachdem mir mitgeteilt wird, welche Adresse hinter meiner Upstream-Auswahl steckt, werde ich gefragt, ob ich das Web Admin Interface installieren möchte . Da es ein echtes Sahnestück für Statistikbegeis-terte und Kommandozeilenmuckel darstellt, bleibt der Haken bei On drin. Um die Ober-fläche auch ohne weitere Konfiguration so-fort nutzen zu können, sollte im nächsten Schritt auch der dazugehörige Webserver mitinstalliert werden.
Privacy ModesBei den darauffolgenden Fragen, ob Queries geloggt werden sollen und welchen Privacy Mode man aktiviert haben möchte, kann ich getrost die vorausgewählten Optionen benut-zen. Wer allerdings sein Pi-hole mit größerem Fokus auf Datensparsamkeit betreiben möchte, sollte sich die vorgestellten Optionen genauer angucken. Speziell die Privacy Modes sind eine gute Möglichkeit, mit einem Klick einzustellen, welche Informationen zu den Surfgewohnhei-ten der Netzwerkbenutzer sich das Pi-hole so merkt. Dazu gehören zum Beispiel die Optio-nen, dass zwar alle DNS-Anfragen gespeichert, aber nur anonymisiert ausgegeben werden, oder dass rein gar keine Daten historisiert wer-den. Mehr zu diesem Thema gibt es im Ab-schnitt Privatsphäre zu lesen.
Darauf folgt die Linux-typische vorbeiscrol-lende Textwand, die mir auf verschiedene Art und Weise erklärt, was gerade so vor sich geht. Details interessieren mich da wenig. Viel wich-tiger ist, dass ich nach einer kurzen Wartezeit ein letztes Fenster mit dem Titel „Installation Complete!“ angezeigt bekomme.
Hiervon sollte man sich einen Screenshot machen , denn es werden wichtige Infor-mationen angezeigt: Die vom Router zugewie-senen IPv4- und IPv6-Adressen des Rasperrys, wie ich auf die Web-Admin-Oberfläche zugrei-fen kann und das dazugehörige Passwort.
Herzlichen Glückwunsch an ... mich, es scheint alles gut gegangen zu sein!
Pi mit der Fritzbox verbindenDas war aber noch nicht alles: Schön ist es schon, dass ich jetzt meinen eigenen DNS-Ser-ver mit integriertem Ad-Blocker habe, aber er wird noch nicht genutzt. Dann muss ich den
Pi noch im Router hinterlegen. Ich erkläre den Prozess für meine Fritz-Box, die viele andere Haushalte auch besitzen. (Andere Router funk-tionieren natürlich auch.)
Dafür navigiere ich mit meinem Browser zur Adresse http://fritz.box und melde mich dort an. Dort teile ich dem Router als erstes mit, dass mein Pi immer dieselbe IP-Ad-resse erhalten soll. Ist er per WLAN verbunden, geschieht dies über WLAN/Funknetz. Dort suche ich das entsprechende Gerät heraus, klicke auf Bearbeiten und setze einen Haken bei „Diesem Netzwerkgerät immer die gleiche IPv4-Adresse zuweisen“. Ist der Pi per LAN-Ka-bel verbunden, mache ich das Gleiche über Heimnetz/Netzwerk.
Nun erhält mein Raspberry Pi immer die-selbe IP-Adresse vom Router. Damit kann ich ihn bei der Fritz-Box über Internet/Zugangs-daten/DNS-Server als DNS-Server eintragen . Hier gebe ich sowohl die IPv4-Adresse als auch die IPv6-Adresse als bevorzugten Server ein. Als alternativen Server – der Pi kann ja auch mal ausfallen – trage ich den Standardserver meines Internetanbieters ein.
Unter Umständen muss ich dann noch am Gerät physisch bestätigen, dass die Änderung umgesetzt werden soll. Bei meiner Fritz-Box musste ich auch einen beliebigen Knopf des Geräts drücken – eine sinnvolle Vorsichts-maßnahme.
n Hier Screenshot machen oder kopieren; diese Infos brauchen wir noch.
n Jetzt geht es ans Eingemachte: Der Pi-hole wird in Betrieb genommen.
Aber jetzt will ich mir das schicke Web Inter-face angucken!
Das Web-InterfaceNun sollte ich das Web Interface über die an-gegebene Adresse http://pi.hole/admin öffnen können. Sollte dies jedoch nicht funk-tionieren, kann ich es über die IP-Adresse versuchen, die auch in der Abschlussmel-dung des Installers angegeben wurde. Ich
werde mit einem fast leeren Dashboard be-grüßt und habe relativ wenig Interaktions-möglichkeiten. Nach einem Klick auf Login werde ich zur Passworteingabe aufgefordert. Das Passwort stammt aus dem Installer, es gibt aber auch eine Zurücksetzen-Funktion.
Nun steht mir die Tür zum Herumklicken, Erforschen und Rumbasteln offen . So kann mir Pi-hole zum Beispiel mittels eines schicken Säulendiagramms anzeigen, wie viel DNS-An-fragen in frei wählbaren Zeitintervallen be-
antwortet wurden. Das bringt allerdings bei einer frischen Instanz wenig, da noch kaum Datenverkehr durch meinen Server geflossen ist. Das kann ich natürlich etwas beschleuni-gen, indem ich möglichst viele unterschied-liche Webseiten öffne. Danach gibt es auch etwas zu gucken.
Interessant sind beispielsweise die Infor-mationen zu FTL, der DNS-Server Implemen-tierung des Pi-hole . Man kann gut erken-nen, dass er sehr sparsam ist; er verbraucht vernachlässigbare CPU- und Arbeitsspeicher-ressourcen. Schön, dass die Macher großen Wert auf ein schlankes Programm gelegt haben.
In den Einstellungen finde ich die Maske, in der ich die Upstream-DNS-Server verändern kann . Die Liste kenne ich schon aus der Installationsprozedur, aber auf der rechten Seite kann ich meine eigenen Adresse einge-ben. Ich mache mich auf die Suche nach ge-eigneten Kandidaten, denen ich vertrauen kann. Schließlich wird mein Pi-hole, wenn es eine angefragte Adresse nicht kennt, eine An-frage an einen dieser Server starten. Auf diese Weise weiß dann der angefragte DNS-Server, welche Webseiten ich so besuche. Daher fallen eigentlich schon alle vorgeschlagenen Anbie-ter raus: Hier handelt es sich entweder um US-amerikanische Unternehmen oder Server, die selber schon filtern. Ich möchte aber kein vorzensiertes Internet erleben, sondern, wenn überhaupt, selber filtern.
Meine Wahl für den primären Server fällt auf den DNS-Server des Digitalcourage e.V.: Kein Filtern, gemeinnütziger Verein, kein Log-ging, klingt sehr gut. Den sekundären Server habe ich aus einer Liste von öffentlichen Ser-vern. Es handelt sich um einen kleinen, nicht loggenden Server, der von Enthusiasten be- n Voreingestellte DNS-Server? Ich gebe lieber meine eigenen ein.
nSchön schlank: FTL
n Sehr übersichtlich, alle wichtigen Informationen auf einen Blick: Das Dashboard meines Pi-holes, das schon seit geraumer Zeit im Betrieb ist.
trieben wird. Um solche Server zu finden, soll-te man sich an die Ratschläge von bekannten Vereinigungen wie dem Chaos Computer Club oder dem Digitalcourage e.V. halten.
PrivatsphäreWie oben schon angeschnitten, weiß der an-gefragte DNS-Server, welche Webadressen ein Client ansteuert. Daher ist es wichtig, dass man „seinem“ DNS-Server vertrauen kann. Dies gilt jedoch nicht nur für den Upstre-am-Server: Ich habe mir ja meinen eigenen DNS-Server ins Netzwerk gestellt, für den gilt das auch. Daher ist es wichtig, dass ich mit den Daten, die der Pi-hole sammelt, verant-wortungsvoll umgehe.
Ich konnte bei meinem Pi-hole bisher keine Beziehung von DNS-Anfragen zu Endgeräten herstellen, da der Client immer die Fritz-Box ist. Wer aber Surfgewohnheiten der Nutzer kennt, kann ziemlich genau herauslesen, wer wann welche Webseite aufgerufen hat. Und Nutzer können in diesem Fall zum Beispiel Mitbewohner, Partner und vollpubertäre Ju-gendliche mit großem Bedarf nach Privat-sphäre sein.
Ich kann aber auch aus einem anderen Blickwinkel das Surfverhalten anderer Men-schen analysieren: Als meine Wohnung wäh-rend eines Urlaubs für eine Woche leerstand, haben für eine Nacht zwei Bekannte bei mir übernachtet. Die beiden hatten die Zugangs-daten zum WLAN. In der Statistik tauchte dann deutlich eine Nutzungsspitze auf. Über diese hätte ich herausfinden können, welche Web-seiten aufgerufen wurden und dieses Surfver-halten so den Gästen zuordnen können.
Wer dieser Versuchung nicht widerstehen kann, kann in den Privacy settings die zwei-te oder dritte Option anwählen. Dadurch kann man noch immer interessante Diagramme erzeugen, läuft aber nicht Gefahr, aus Verse-hen anderen hinterherzuschnüffeln.
SchlussbemerkungPi-hole ersetzt prinzipbedingt keinen Ad-Blo-cker im Browser. Es kann nicht das Verhalten des Web-Browsers beeinflussen oder gezielt Skripte deaktivieren. Dafür werden unter Um-ständen aber Funktionen von erwünschten Onlinediensten gestört: Ich kann beispiels-weise keine Suchergebnisse von Google Shop-ping mehr aufrufen. Diese werden aber eh von Ad-Blockern geblockt. Die von Google verlink-ten Webseiten kann ich immerhin händisch aufrufen, ohne dass Google meine Klicks nach-vollziehen kann.
Dies ist ein kleiner Preis – und ich bin ge-willt, ihn zu bezahlen, denn die Vorteile sind groß: Pi-hole kennt eine lange Liste von be-kannten Webseiten, die Malware verbreiten und blockt entsprechende DNS-Anfragen. So bin ich vor leichtfertigen Klicks auf dubiose Webseiten geschützt. Zusätzlich schützt es mich vor eigentlich rechtschaffenen Websei-ten, die böswillig gehackt wurden und mich nun auf eine andere Webseite umleiten wol-len. Gegen diese Angriffe und die am weites-ten verbreiteten Werbenetzwerke bietet Pi- hole eine solide Abwehr. Und wenn ich gezielt Webseiten, wie beispielsweise heise.de, unter-stützen will, indem ich die verknüpften Wer-beanbieter freischalte, geht das natürlich auch. —rehu
n Wie viel Daten soll mein Pi-hole aufbewahren?
Make: 5/2020 | 39
Workshop
trieben wird. Um solche Server zu finden, soll-te man sich an die Ratschläge von bekannten Vereinigungen wie dem Chaos Computer Club oder dem Digitalcourage e.V. halten.
PrivatsphäreWie oben schon angeschnitten, weiß der an-gefragte DNS-Server, welche Webadressen ein Client ansteuert. Daher ist es wichtig, dass man „seinem“ DNS-Server vertrauen kann. Dies gilt jedoch nicht nur für den Upstre-am-Server: Ich habe mir ja meinen eigenen DNS-Server ins Netzwerk gestellt, für den gilt das auch. Daher ist es wichtig, dass ich mit den Daten, die der Pi-hole sammelt, verant-wortungsvoll umgehe.
Ich konnte bei meinem Pi-hole bisher keine Beziehung von DNS-Anfragen zu Endgeräten herstellen, da der Client immer die Fritz-Box ist. Wer aber Surfgewohnheiten der Nutzer kennt, kann ziemlich genau herauslesen, wer wann welche Webseite aufgerufen hat. Und Nutzer können in diesem Fall zum Beispiel Mitbewohner, Partner und vollpubertäre Ju-gendliche mit großem Bedarf nach Privat-sphäre sein.
Ich kann aber auch aus einem anderen Blickwinkel das Surfverhalten anderer Men-schen analysieren: Als meine Wohnung wäh-rend eines Urlaubs für eine Woche leerstand, haben für eine Nacht zwei Bekannte bei mir übernachtet. Die beiden hatten die Zugangs-daten zum WLAN. In der Statistik tauchte dann deutlich eine Nutzungsspitze auf. Über diese hätte ich herausfinden können, welche Web-seiten aufgerufen wurden und dieses Surfver-halten so den Gästen zuordnen können.
Wer dieser Versuchung nicht widerstehen kann, kann in den Privacy settings die zwei-te oder dritte Option anwählen. Dadurch kann man noch immer interessante Diagramme erzeugen, läuft aber nicht Gefahr, aus Verse-hen anderen hinterherzuschnüffeln.
SchlussbemerkungPi-hole ersetzt prinzipbedingt keinen Ad-Blo-cker im Browser. Es kann nicht das Verhalten des Web-Browsers beeinflussen oder gezielt Skripte deaktivieren. Dafür werden unter Um-ständen aber Funktionen von erwünschten Onlinediensten gestört: Ich kann beispiels-weise keine Suchergebnisse von Google Shop-ping mehr aufrufen. Diese werden aber eh von Ad-Blockern geblockt. Die von Google verlink-ten Webseiten kann ich immerhin händisch aufrufen, ohne dass Google meine Klicks nach-vollziehen kann.
Dies ist ein kleiner Preis – und ich bin ge-willt, ihn zu bezahlen, denn die Vorteile sind groß: Pi-hole kennt eine lange Liste von be-kannten Webseiten, die Malware verbreiten und blockt entsprechende DNS-Anfragen. So bin ich vor leichtfertigen Klicks auf dubiose Webseiten geschützt. Zusätzlich schützt es mich vor eigentlich rechtschaffenen Websei-ten, die böswillig gehackt wurden und mich nun auf eine andere Webseite umleiten wol-len. Gegen diese Angriffe und die am weites-ten verbreiteten Werbenetzwerke bietet Pi- hole eine solide Abwehr. Und wenn ich gezielt Webseiten, wie beispielsweise heise.de, unter-stützen will, indem ich die verknüpften Wer-beanbieter freischalte, geht das natürlich auch. —rehu
Scanner für Dias gibt es zwar schon lange zu kaufen, aber die Digitalisierung eines großen Lichtbildarchivs geht damit oft nur mühsam voran. Schneller geht es mit dieser per Raspberry Pi automatisierten Kombina-tion aus modifizierem Diaprojektor und Digitalkamera.
Neue Dia-Aufnahmen haben die meisten vermutlich schon länger nicht mehr ge-
macht, doch bei vielen schlummern noch hunderte oder sogar tausende Aufnahmen in Lagerräumen – oftmals mit wertvollen Erin-nerungen. Das Problem: Die Digitalisierung von Diaaufnahmen bei Firmen ist nicht wirk-lich günstig, insbesondere bei hohen Stück-zahlen. Diascanner, die man kaufen kann, funktionieren wie herkömmliche Scanner, mehr als einige Dias kann man da nicht auf einmal bearbeiten, dadurch wird der Zeitauf-wand extrem. Somit bleibt nur mehr eine DIY-Lösung: ein Diaprojektor mit vorgeschal-teter Kamera und zentraler Steuerung durch ein Raspberry Pi Zero. Das Ganze wird eher funktional und mit minimalem Aufwand auf-gebaut, denn in der Regel digitalisiert man nur einmal sein Dia-Archiv und kann anschließend den Aufbau wieder zerlegen.
Das PrinzipWer Diaaufnahmen in großen Mengen zu Hause hat, besitzt in der Regel auch noch den dazugehörigen Projektor. Dieser funktioniert eigentlich nach einem einfachen Prinzip: Die Diaaufnahme wird von einer starken Licht-quelle angeleuchtet und das entstandene Bild wird auf eine Leinwand projiziert. Statt einer Leinwand wird für den Diascanner im Eigen-bau eine Kamera mit Makroobjektiv benötigt oder zumindest ein Objektiv mit großer Brenn-weite und Zwischenringen oder einem Mak-ro-Adapter , was einen ähnlichen vergrö-ßernden Effekt hat (siehe Make 2/20, S.8).
Das Bild, das eigentlich projiziert werden würde, wird durch die Projektorlampe von hinten beleuchtet und kann einfach mit der Kamera als digitales Foto aufgenommen und bei Bedarf nachbearbeitet werden. Damit das gesamte Bild direkt möglichst formatfüllend aufgenommen werden kann, muss das Objek-tiv der Kamera natürlich stark genug vergrö-ßern und nahe genug am Projektor befestigt werden, so wie das auch bei Makroaufnahmen der Fall ist.
Der große Vorteil an dieser Methode ist, dass der Vorschub des Diaprojektors für den Bilderwechsel genutzt werden kann und damit eine Automatisierung überhaupt erst möglich wird. Außerdem können die Dias di-rekt aus den Magazinen heraus verarbeitet werden, in denen sie in der Regel ohnehin gelagert werden – das ist gerade bei den güns-tigen Diascannern, die es zu kaufen gibt, oft anders.
Licht dimmenDamit eine Automatisierung funktionieren kann, muss jedoch der Diaprojektor modifi-ziert werden. Bei herkömmlichen Projektoren ist eine Halogenlampe mit einer Leistung von etwa 150W oder sogar noch mehr verbaut.
Kurzinfo
» Dias direkt aus dem Magazin heraus digitalisieren » Raspberry Pi steuert automatischen Bilderwechsel » Stapel-Nachbearbeitung mit Adobe Lightroom oder ähnlicher Software
ChecklisteZeitaufwand:Aufbau und Feintuning etwa ein Tag, Scan-Dauer je nach Größe der eigenen Dia-Sammlung
Kosten:von 0 bis rund 100 Euro, je nach vor-handener Hardware und Inhalt der Bastelkiste (ohne Projektor und Kamera)
Fotoausrüstung:digitale Spiegelreflexkamera mit Makro-Objektiv oder Objektiv längerer Brennweite (für die Vergrößerung) und Zwischenringen (um die Makrofähig-keit zu gewährleisten)
Computer:mit Bildbearbeitungssoftware für RAW-Entwicklung und Stapelverarbei-tung, etwa Adobe Lightroom oder Darktable
Material » Diaprojektor mit Fernbedienung (kabelgebunden oder Funk) » Projektor-Ersatzlampe Halogen, 50–75 Watt / 24 Volt » Stativkopf mit Montageplatte » Diffusormaterial etwa Diffusorfolie aus dem Fotobedarf, PTFE-Platte (Teflon) mit 0,5–1mm Stärke oder dünnes Milchglas » Raspberry Pi mit Netzteil und SD-Karte mit Standard-Raspi-Betriebssystem, ggf. Adapter-kabel für USB-Anschluss beim Pi Zero » Servo » Material für den Unterbau Aluprofile, Bretter, Winkel oder ähnliches » Verbindungsmaterial Schrauben, Kabelbinder und ähnliches
Mehr zum Thema » Peter König, Alternative Optik für die ESP32-CAM, Make 2/20, S. 8 » Peter König, Der einfachste Plotter der Welt, Make 1/20, S. 8
n Ein Makro-Adapter kann ein herkömmliches Teleobjektiv zu einem eingeschränkten Makro-Objektiv machen – für den DIY Diascanner reicht das auf jeden Fall aus.
Alles zum Artikel im Web unter make-magazin.de/xh3n
Trifft diese enorme Leistung auf den empfind-lichen Bildsensor der Kamera (oder gar auf das menschliche Auge, das durch durch den opti-schen Sucher der Spiegelreflexkamera blickt) drohen Schäden. Da außerdem die Lebens-dauer von Halogenlampen mit derart hoher Leistung beschränkt ist, sollte lieber eine Lampe mit niedrigerer Leistung verbaut wer-den (50W bis 75W ). Die Farbtemperatur sollte dabei ähnlich wie die originale Lampe sein (etwa 2900K), geringfügige Abweichun-gen können aber später bei der Bildbearbei-tung entfernt werden. Die Besorgung der Lampe stellt vermutlich auch den schwierigs-ten Teil des gesamten Projektes dar, derartige Halogenlampen sind mittlerweile selten ge-worden.
Theoretisch kann man die Lichtquelle auch gegen eine ganz andere austauschen und etwa LEDs einbauen. Dabei ist aber die Farb-temperatur zu beachten, außerdem stehen zur Spannungsversorgung durch den Projek-tor von Haus aus nur 24V zur Verfügung, was die Auswahl noch stärker einschränkt, weshalb
ich der Einfachheit halber lieber nur die Lampe getauscht habe.
Diffusor benötigtUm eine absolut gleichmäßige Beleuchtung sicherzustellen und zudem noch etwas mehr von der Helligkeit abzuschwächen, setzt man zusätzlich noch ein Diffusor ein. Entweder be-nutzt man dafür mehrere Lagen von her-kömmlicher Diffusorfolie (aus dem Fotobe-darf ), eine dünne PTFE-Platte (alias Teflon, 0,5mm oder 1mm stark) oder ein Milchglas mit passenden Abmessungen. Nachdem PTFE für den Einsatz als Dichtung günstig zu haben ist und einfach zugeschnitten werden kann, habe ich mich dafür entschieden.
ProjektorumbauUm den Projektor für den Scanner-Einsatz um-zubauen, muss er unbedingt von der Netzspan-nung getrennt sein. Vorsicht: Auch danach können spannungsführende Bauteile noch gefährliche Restspannung gespeichert haben!
Im ersten Schritt muss das Objektiv am Projektor entfernt werden , es wird einfach linksherum herausgeschraubt. Dieses Objektiv wird fürs Scannen nicht benötigt, weil später das Objektiv an der Kamera zum Aufnehmen der Fotos ohnehin möglichst knapp vor dem Projektor montiert wird (siehe Aufmacherbild zum Artikel).
Dann öffnet man den Deckel (im Bild blau markiert); je nach Modell müssen dafür auch Schrauben gelöst werden (rot markiert). Außerdem entnimmt man den Dia-Halter (grün markiert) – er dient im normalen Betrieb dazu, das aktuell eingelegte Dia aus dem Pro-jektor zu ziehen, etwa um es umzudrehen, wenn es seitenverkehrt einsortiert war. Schließlich nimmt man das Gehäuse ab .
Anschließend kann man im Inneren des Projektors vorsichtig das in Projektionsrich-tung von der Lampe aus gesehen weiter vorne (also unmittelbar am Dia) liegende flache Glas-element entfernen, den Kondensor – im Bild rot markiert. Das senkt zwar die Lichtaus-beute noch etwas weiter, was aber aus den
oben genannten Gründen gerade erwünscht ist. Statt dem Kondensor passt man ein Stück Diffusor an dieser Stelle ein . Gerade bei dünnem PTFE oder Diffusorfolie sollten dabei 2 oder sogar 3 Lagen verwendet werden. Ach-tung: Der Diffusor soll nicht nur das Licht gleichmäßig verteilen, sondern auch die Wärme der Projektorlampe vom Dia fernhalten. Deshalb ist Papier und ähnliches Material als Diffusor nicht geeignet, hier droht Feuergefahr!
Zuletzt wird die originale Lampe ausgebaut und durch die neue, schwächere Lampe er-setzt. Die originale Lampe sollte man aber auf jeden Fall behalten, um den Diaprojektor spä-ter wieder zurückbauen zu können. Ist alles soweit vorbereitet, schließt man das Gehäuse des Projektors wieder.
AufbauGrundsätzlich könnte der Projektor jetzt schon aufgestellt und die Kamera mit einem Stativ davor platziert werden. Das Problem dabei ist nur: Der Bereich, in dem das Objektiv der Ka-mera wirklich perfekt scharfe Fotos aufnimmt, ist bei solchen Makroaufnahmen meist kleiner als 1mm. Das heißt, wenn man aus Versehen den Diaprojektor verschiebt oder die Kamera bewegt, sind alle nachfolgenden Aufnahmen unbrauchbar.
Damit das nicht geschehen kann, baut man eine einfache Vorrichtung – je nach eigenen Möglichkeiten kann die aus dem 3D-Drucker kommen oder aus Aluprofilen, Holzbrettern oder sogar (CNC-)gefrästen Bauteilen beste-hen. In jedem Fall wird ein Stativkopf benötigt, auf dem man Objektiv und Kamera befestigt, die dann im richtigen Winkel zum Projektor ausgerichtet werden.
Ich habe meine Konstruktion mit Alumi-niumprofilen umgesetzt. Da die Platte, auf der der Projektor sitzt , nur an zwei Punkten befestigt ist, kann sie einfach geneigt werden, dadurch wird die Einstellarbeit vereinfacht. Kernstück meines Aufbaues ist die Adapter-platte , die ich aus Aluminium gefräst habe. Natürlich kann man sie auch einfach aus
Kunststoff oder hartem Holz zuschneiden und mit den passenden Bohrungen versehen. Der Stativkopf wird von unten auf die Adapter-platte geschraubt , die wiederum den Sta-tivkopf auf dem Aluprofil befestigt. Auf die-sem kann der Stativkopf samt Adapterplatte einfach nach vorne und hinten geschoben und dann in perfekter Entfernung zwischen Projektor und Kamera festgeschraubt wer-den.
FernbedienungWas noch gebraucht wird, ist eine Halterung für das Bedienteil oder die Fernbedienung des Diaprojektors. Um dieses nicht weiter modi-fizieren zu müssen, löst ein Servo den Tasten-druck für den Wechsel zum nächsten Dia aus. Eine Vorrichtung dafür kann schnell und ein-fach aus Restmaterialien gebastelt werden: einfach ein Reststück einer Platte nehmen und einige Löcher bohren, durch die später Kabel-binder gefädelt werden, die das Bedienteil halten . Das Servo findet anschließend auf einem kleinen Sockel Platz. Der Anschluss des Servos an den Raspberry Pi Zero ist ebenfalls einfach, wie das Diagramm zeigt .
SoftwareDie Hardware ist nun abgeschlossen, also geht es weiter mit der Software. Dafür werden auf
dem Pi zwei Programme benötigt: gphoto2 und pigpio. Mit Hilfe von gphoto2 können unterstützte Kameras angesteuert werden – das Programm kann nicht nur die Aufnahme von Fotos triggern, sondern auch zahlreiche weitere Parameter setzen. Die Liste der unter-stützten Kameras ist erstaunlich lang (siehe Link in der Kurzinfo) und keineswegs auf neu-este Modelle beschränkt. Wer möchte, kann die Fotos von der Kamera auch sofort auf den Raspberry Pi laden – nachdem das aber gera-de bei dem Pi Zero etwas dauert, würde ich empfehlen, stattdessen einfach die SD-Karte in der Kamera zu benutzen.
Die zweite Software ist der pigpio Daemon. Mit diesem ist es möglich, die elektrischen Ausgänge des Raspberry Pi anzusteuern, sogar die Steuerung von Servos per PWM-Signal funktioniert damit ohne Probleme (siehe auch Make 1/20, S.8).
Für die Installation der beiden Tools gibt man einfach folgende Befehle auf der Kom-mandozeile ein:
Damit ist die Installation fertig und man kann erste Tests machen. Erst einmal muss jetzt die Kamera per USB-Kabel an den Raspberry Pi angeschlossen werden. Im meinem Fall, beim Raspberry Pi Zero, braucht man dazu einen zusätzlichen Adapter. Mittels gphoto2 prüft
Hat das wie gezeigt funktioniert, kann di-rekt die Fernauslösung der Kamera getestet werden:
gphoto2 --trigger-capture
Automatik
Damit die Dias später automatisch eins nach dem anderen gescannt werden können, muss das Servo regelmäßig aufs Knöpchen drü-cken und dazu genau definierte Positionen ansteuern. Dafür kommt der pigpio-Demon
zum Einsatz, gestartet über:
sudo pigpiod
Als nächstes muss unser angeschlossenes Servo (auf Ausgang 14 des Raspberry Pi) auch als solches konfiguriert werden:
pigs pfs 14 50
Jetzt heißt es, erst einmal die richtigen Werte für die gewünschten Positionen herauszufin-den. Da hilft nur probieren. Mit dem Befehl
pigs servo 14 <WERT>
bewegt man das Servo. Zwei Stellungen und die dazugehörigen Werte sind dabei von In-teresse: Einen Wert, bei dem der Knopf zum Weiterschalten sicher nicht berührt wird, und einer, bei dem der Knopf sicher (aber ohne Gewalt) ausgelöst wird. In meinem Fall waren das die Werte 1400 (für nicht gedrückt) und 1750 (für gedrückt).
Damit der Vorgang jetzt automatisiert ab-läuft, reicht ein einfaches Skript (Download siehe Link in der Kurzinfo). Um es zu editieren, reicht jeder beliebige Editor, etwa der vorins-tallierte nano:
nano aufnahme.sh
Das Skript sorgt dafür, dass ein Magazin mit Dias durchläuft und von jedem Bild automa-tisch ein Reproduktionsfoto geschossen wird. Das genaue Timing und die nötigen Warte-zeiten hängen dabei wesentlich von der ver-wendeten Kamera und dem Diaprojektor ab – ich konnte eine Geschwindigkeit von etwa 3 Sekunden pro Dia erzielen (ein Video findet man über den Link in der Kurzinfo).
Wie viele Dias in das Magazin passen, steht in der Variable IMGS, die die Durchläufe der Schleife begrenzt. Ich würde empfehlen, zu-sätzlich am Ende ein leeres Foto zu machen, damit später noch klar ist, wann die Kassette
gewechselt wurde, sodass die Dias in entspre-chende Alben abgelegt werden können.
Das erstellte Skript macht man über den Befehl
chmod +x aufnahme.sh
ausführbar. Man startet es über
sudo ./aufnahme.sh
Kamera-EinstellungenBevor jetzt aber Hunderte Fotos automatisch aufgenommen werden, gilt es erst, die richti-gen Einstellungen zu finden. Dafür schaltet man den Projektor (und falls erforderlich, zu-sätzlich dessen Lichtquelle) ein und legt ein Dia ein – am besten eines, das möglich scharf ist und starke Kontraste bietet. Die Kamera sollte für alle Dia-Reproduktionsfotos im ma-nuellen Modus sein, etwa in Bezug auf den Autofokus – einzig die Belichtungsdauer kann man bei gewählter Blende und ISO-Empfind-lichkeit der Kamera überlassen.
Dann muss der Fokus richtig eingestellt werden, dafür das Objektiv etwa auf Blende 4 (F4) stellen, bei Zoom-Objektiven die Brenn-weite etwa in die Mitte stellen und dann ver-suchen, das Dia scharf zu bekommen. Dabei sollte das gesamte Dia in den Sucher der Ka-mera passen und auch ein Dia im Hochformat sollte aufgenommen werden können. Je nach Objektiv können dafür ein oder mehrere Mak-roadapter oder Zwischenringe notwendig sein.
Parallel zur Kamera stellt man in diesem Schritt auch den Stativkopf richtig ein. Wenn das Dia augenscheinlich scharf erscheint, kön-nen alle Schrauben festgezogen werden und ab diesem Zeitpunkt sollte die Kamera nicht mehr verschoben werden.
Jetzt stellt man die Blende in den Bereich F8 bis F12 ein, um durch einen vergrößerten Tiefenschärfebereich die optimale Schärfe zu gewährleisten (die Blende weiter zu schließen ist aber nicht notwendig). Als nächstes gilt es die Belichtungsdauer einzustellen, das funk-tioniert wie bei regulären Fotos auch und auch auf die Automatik der Kamera kann man dabei setzen.
Sobald ein Testfoto perfekt scharf abgebil-det wird, sollten die Einstellungen beibehalten werden und der automatische Serien-Scan von kompletten Diamagazinen kann losgehen.
Vorher entstaubenDie Qualität der so aufgenommenen Dia-Scans hängt natürlich stark von der Qualität des Ausgangsmaterials ab. Je gröber das Korn des originalen Films war, desto schlechter ist die tatsächliche Auflösung des Dias – ver-gleichbar mit dem Bildrauschen bei hohen ISO-Werten heutiger Digitalkameras.
Ein weiteres Problem stellt Staub dar, er lagert sich gerne auf den Dias ab und fällt dort
im Normalfall auch nicht weiter auf. Wenn dann allerdings ein Foto mit hoher Qualität gemacht wird, sieht man jedes Staubkorn durchaus. Als Abhilfe kann man die Dias vorab mit reiner Luft (ohne Ölzusatz) abblasen – diese Luft gibt es in Dosen zu kaufen, aber auch kleinste Kompressoren, wie sie etwa für Airbrush eingesetzt werden, liefern Luft ohne Ölzusatz. Nicht geeignet sind hingegen nor-male Kompressoren, in ihrer Luft befindet sich eine kleine Menge Öl und diese sollte keines-falls auf den wertvollen Diaaufnahmen landen. Außerdem sollte der Vorgang im Freien durch-geführt werden, sonst verteilt sich der Staub nur weiter im Raum und landet am Ende dann doch wieder auf den Diaaufnahmen. Sind nur einzelne Staubkörnchen auf manchen Dias, können diese im Bedarfsfall auch einfach in der Nachbearbeitung entfernt werden – in Lightroom muss man dafür im Entwicklungs-modus einfach nur die Taste Q drücken und entsprechende Stellen auswählen.
NachbearbeitungDie Fotos landen beim automatischen Dia-scannen mit dem beschriebenen Skript ein-fach auf der SD-Karte der Kamera, doch damit
ist der Prozess noch nicht zu Ende. Die Fotos enthalten in der Regel noch Teile des Rah-mens und sollten allgemein auch noch etwas verbessert werden. Es spart eine Menge Arbeit, wenn man nicht jedes Foto einzeln feintunen muss, sondern eine Software be-nutzt, bei der man einmal gefundene Ein-stellungen auf einen ganzen Stapel von Bil-dern übertragen kann. Dafür empfehle ich die Verwendung der Software Lightroom von Adobe, mit der kann man das Zuschneiden der Fotos beinahe komplett automatisieren, da ja alle Bilder aus exakt derselben Kamera-position aufgenommen worden sind. Light-room kann man sieben Tage kostenlos testen, will man die Software länger benutzen, muss man anschließend ein Abo abschließen. Die einzelnen Schritte der Nachbearbeitung mit Lightroom zeigen wir in einer Online-Bil-derstrecke (siehe Link in der Kurzinfo), ganz ähnliche Schritte funktionieren aber auch mit kostenlosen Programmen wie Darktable. Um mehr Luft bei der Nachbearbeitung ohne Qualitätsverlust zu haben, sollten die Fotos unbedingt als Rohdaten (im RAW- Format) gespeichert werden; die gewählte Software muss mit diesen also umgehen können. —pek
aufnahme.sh01 #!/bin/bash02 03 # Deklaration von Variablen04 n=005 IMGS=3606 BUTTON_NOT_PRESSED=140007 BUTTON_PRESSED=175008 09 # pigpiod starten und Ausgang konfigurieren10 pigpiod11 pigs pfs 14 5012 13 # Schleife zum Aufnehmen der Fotos14 15 while [ $n -le $IMGS ]16 do17 echo "Getting image $n"18 19 # Druckknopf auslösen20 pigs servo 14 $BUTTON_PRESSED21 22 # 0.5 Sekunden warten23 sleep 0.524 25 # Servo wieder in Neutralstellung bringen26 pigs servo 14 $BUTTON_NOT_PRESSED27 28 # Foto mit gphoto2 aufnehmen29 gphoto2 --trigger-capture30 31 # Zählervariable erhöhen32 n=$(( n+1 )) # increments $n33 done34 35 # pigpiod wieder beenden36 pkill pigiod
In den 1950er Jahren, als sich die Leuchtdiode noch in der Entwicklungsphase befand, hielt die Nixie-Röhre Einzug in die digitale Signalverarbeitung. Inspiriert von dieser wohl elegantesten Form zur Darstellung von Zahlen und Symbolen entstand meine Idee für die Display-basierte Dixie-Röhre.
Zur Nachbildung von Nixies gibt es bereits zahlreiche Ansätze. Meiner „Röhre“ soll
aber ein kleines TFT-Display als Basis dienen und nicht, wie oft im Netz zu finden, ein EL-Draht oder mittels LED beleuchtete Acrylplat-ten mit Gravur. Angelehnt an die Namensge-bung des Vorbilds aus dem Jahre 1954 habe ich mein Projekt „Display Indicator eXperimen-tal No. 1“ genannt und daraus das Akronym „Dixie“ abgeleitet.
Ziel war es, fünf „Dixie-Röhren“ anzuferti-gen und diese mit einem Arduino Nano als Uhr zu betreiben. Die Röhren habe ich in ein Holzgehäuse im Retrostil gebaut, in dem auch die überschaubare Steuerelektronik Platz fin-det. Zum Einstellen der Uhr habe ich drei Tas-ter eingebaut. Mit einem SD-Karten-Shield und einer SD-Karte lassen sich die Bilder aus-tauschen und für die Spannungsversorgung der Displays ist noch ein Spannungsregler nötig.
Röhren-KonstruktionIm Wesentlichen ist die „Dixie-Röhre“ eine mechanische Konstruktion mit einem TFT-Farbdisplay als elektronischer Kom-ponente. Kernstück jeder Röhre ist der Holz-sockel der Kunststoffglocke, den ich als Bo-denplatte nutze . Auf ihm habe ich einen Aluminiumrahmen befestigt, an dem das Display mit Abstandhaltern angeschraubt ist. Zusammen mit acht Bananensteckern , die als Anschlusspins dienen, bildet die Bo-denplatte den Stecker zum Anschluss an die Elektronik. Alle mechanischen Komponenten sind im gut sortierten Baumarkt erhältlich. Die Kunststoffglocke und das Display sowie weitere elektromechanische Teile, beispiels-weise die Stecker, sind im Internet zu finden.
Im ersten Schritt habe ich alle Einzelteile für den Rahmen aus Aluminiumprofilen ge-fertigt. Hierbei habe ich eine Bügelsäge, Feile, Bohrmaschine und einen M3-Gewinde-schneider verwendet. Wer besseres Equip-ment zur Metallverarbeitung hat, kann selbstverständlich darauf zurückgreifen. Das Drahtgitter, welches als dekoratives „Ano-dengitter“ Verwendung findet, lässt sich mit dem Seitenschneider zurechtschneiden und im Schraubstock biegen. Die Konstruktions-zeichnungen mit allen Bemaßungen können online heruntergeladen werden (siehe Link in der Kurzinfo).
Anschließend habe ich kurz den Lötkol-ben bemüht, um acht Kupferlitzen an die Anschlüsse des Displays zu löten (Länge je-weils ca. 10cm). Sinnvoll ist es, dabei verschie-dene Farben zu verwenden. So ist später nachvollziehbar, welche Leitung zu welchem Signal gehört. Bei einfarbigen Leitungen muss die Signalzuordnung sonst mit dem Durchgangsprüfer ermittelt werden. Nun geht es an die Montage des Rahmens.
ZusammenbauAls erstes habe ich das Display mit den Ab-standhaltern an den beiden Quadratrohren befestigt. Die Gewinde der Abstandhalter sind gegebenenfalls zu kürzen, da sie nicht weiter als 1mm ins Rohr stehen sollten. Weiter ist zu beachten, dass die M3-Gewinde seitlich am Quadratrohr von einander abgewandt nach links und rechts zeigen müssen.
Anschließend habe ich die zwei M4-Gewin-destangen durch die Bohrungen des oberen Winkels gesteckt und durch die zwei Rohre geführt. Nun muss man den unteren Winkel
aufstecken und das Ganze fest verschrauben. Die Anschlusslitzen des Displays sind durch die mittige Bohrung des unteren Winkelprofils zu führen. Wegen der schöneren Optik habe ich mich dazu entschlossen, am oberen Winkel Hutmuttern anzubringen. Zum Schluss wird das Drahtgitter über den Rahmen geschoben und an den zuvor genannten M3-Gewinden festgeschraubt.
Im zweiten Schritt folgt das Bohren der Bodenplatte. Da diese Bohrungen bei allen fünf Röhren an gleicher Position sein müssen, ist es ratsam, sich hierfür eine Schablone an-zufertigen. Sie ist auch später bei der Erstel-
Kurzinfo
» Dixie-Röhre bauen » TFT-Display über SPI ansteuern » Zusammenbau im Holzgehäuse
ChecklisteZeitaufwand:2 Wochenenden
Kosten:ca. 190 Euro
Löten:Grundkenntnisse
Holzbearbeitung:Sägen und kleben
Metallbearbeitung:Fortgeschrittene Kenntnisse
Programmieren:Arduino-Grundkenntnisse
Material » Arduino Nano mit Netzteil » SD-Karten-Shield » SD-Karte » 5 × SPI-TFT-Display (1,8 Zoll, 128 × 160 Pixel) » 5 × Kunststoffglocke mit Holzsockel » Eine vollständige Liste mit Bezugsquellen finden Sie online.
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lung der Röhren-Sockel sehr hilfreich. Eine Vorlage ist in den Downloads zu finden (siehe Kurzinfo).
Für die Schablone habe ich ein Stück Loch-rasterplatine mit einem Raster von 2,54mm ver-wendet, daher stammen auch die etwas krum-men Maße in der Zeichnung. Passenderweise war auf dem Holzsockel bereits eine zentrierte Bohrung vorhanden, an der ich die Schablone leicht ausrichten konnte.
Wer zum Anfertigen der beiden Senkungen an den 4,5-mm-Bohrungen kein passendes Werkzeug wie Flachsenker oder einen Forstner-
bohrer zur Hand hat, kann diese weglassen. Allerdings müssen dann die M4-Gewindestan-gen des Rahmens um ca. 8mm länger sein, da sie andernfalls nicht weit genug aus der Platte ragen, um sie festschrauben zu können. Die acht Bohrungen mit 5mm Durchmesser dienen später zur Befestigung der Bananenstecker. Je nach verwendeten Steckern muss der Boh-rungsdurchmesser ggf. anders gewählt werden.
GestaltungSind alle Bohrarbeiten abgeschlossen, geht es an die farbliche Gestaltung der Bodenplatte mit Buntlack oder Ähnlichem. Ein helles Grau erschien mir für eine Röhre weitaus passender als der ursprüngliche braune Farbton. Wäh-rend der Lack trocknet, kann man die Zeit nutzen, um einen Standard für die Verteilung der Displaysignale auf die Bananenstecker festzulegen. Wer möchte, kann sich an mei-nem Beispiel orientieren. Wichtig ist, diesen Standard bei allen fünf Röhren und später bei den dazugehörigen Sockeln im Gehäuse glei-chermaßen anzuwenden.
Ist festgelegt, welches Signal an welchen Stecker soll, kommt die Montage der Röhre. Zuerst habe ich alle Leitungen des Displays durch die acht Bohrungen geführt. Danach habe ich die Gewindestangen des Rahmens in die 4,5mm großen Bohrungen gesteckt und festgeschraubt. Anschließend sind die Signal-leitungen mit dem Seitenschneider so weit zu kürzen, dass noch ca. 10mm aus der Bohrung ragen. Darauf habe ich die Enden abisoliert und mit etwas Lötzinn verzinnt, um sie an die Bananenstecker zu löten. Dieser Arbeitsschritt gestaltete sich aufgrund der kurzen Litzen leider etwas knifflig.
Nach erfolgreicher Lötarbeit werden die Stecker in die Bodenplatte geklebt. Hierzu kann man etwas Klebstoff in die Bohrungen geben und die Bananenstecker eindrücken. Die meisten handelsüblichen Klebemittel ei-genen sich zum Kleben von Metall. Wer auf Nummer sicher gehen will, sollte auf Zwei-Komponenten-Kleber zurückgreifen.
Zum Abschluss kommt das Ganze im wahrs-ten Sinne des Wortes unter die Haube. Die Kunststoffglocke wird auf die Bodenplatte ge-setzt und fertig ist die Dixie-Röhre. Da zwischen Rahmen und Kunststoffglocke nicht viel Frei-raum ist, ist darauf zu achten, diese nicht zu verkratzen. Sollte die Haube nicht über den Rahmen passen, kann dieser mit der Feile nach-gearbeitet werden. Hierbei können die Außen-kanten der Winkelprofile auf der Rückseite des Rahmens großzügig abgefeilt werden.
ElektronikDer Arduino Nano hat alles an Bord, was zum Betreiben des Displays und später der „Röhre“, notwendig ist. Da ich die Uhr mit Ziffern in
Form von Bildern darstellen will, brauche ich nur ein SD-Card-Shield, um die Bilder von einer SD-Karte zu laden. Zur Ansteuerung des ST7735-Bildcontrollers, welcher im Display ver-baut ist, sowie zum Einbinden des Shields gibt es Bibliotheken mit Beispielprogrammen für die Arduino IDE. An diesen habe ich mich beim Schaltplan orientiert.
Werfen wir zunächst einen Blick auf den allgemeinen Ablauf, wie Grafiken ihren Weg von der Speicherkarte zum Display finden: Bilder legen wir als Bitmap-Datei auf der SD-Karte ab. Nach einem entsprechenden Funktionsaufruf lädt der Arduino ein Bild von der Karte und schreibt es in das Display. Die Kommunikation erfolgt über die Schnittstelle SPI (Serial Peripheral Interface) – ein Bus-Sys-tem, wobei der Arduino der Controller ist und Röhre sowie Speicherkarte die Peripherie. Die drei Signale SCK, MOSI und MISO werden ge-meinsam genutzt und liegen beim Nano fest an den angegebenen Pins (siehe Tabelle SPI-Anschlüsse).
Zudem hat jedes Peripheriegerät eine Chip-Select-Leitung (CS), um festzulegen, mit welchem Gerät der Controller gerade kommu-niziert. Beim Arduino sind diese Signale nicht fest vorgegeben und es kann praktisch jeder Digital-Pin als Chip-Select verwendet werden. Außerdem sind die Anschlüsse für Masse (GND) und die Spannungsversorgung zu ver-binden. Der Displaycontroller (VCC) wird mit 5 Volt und die Hintergrundbeleuchtung (LED) mit 3,3 Volt vom Arduino betrieben.
Test-AufbauMit einem Funktionstest nach der Montage kann man prüfen, ob das Herausführen der Signale vom Display auf die Bananenstecker geklappt hat. Bei eventuellen Problemen spä-ter ist somit ein Fehler seitens der Röhre aus-zuschließen. Für den Test habe ich den Nano samt SD-Shield zunächst auf einem Steckbrett untergebracht und ein Testprogramm aufge-spielt. Die Röhren lassen sich dafür einfach verbinden, indem Drähte an die acht Bananen-buchsen gelötet, diese an die Röhren-Pins gesteckt und die Drähte mit dem Steckbrett verbunden werden. Die Verdrahtung aller Komponenten erfolgte mit Steckdrähten gemäß der Zuordnung im Schaltplan.
Wer an dieser Stelle mehr Zeit investieren und sich zudem handwerklich austoben
möchte, kann einen provisorischen Sockel aus Holz oder Ähnlichem anfertigen, um die Buch-sen dort zu befestigen. Mit der Bohrschablone gelingt dies relativ schnell und einfach.
Software für den Röhren-Test
Wechseln wir nun zur Programmierumgebung des Arduino. Über die Bibliotheksverwaltung sind die folgenden Bibliotheken zu suchen und installieren, mit denen das Display und die SD-Karte angesprochen werden: Adafruit GFX Library, Adafruit ST7735 and ST7789 Lib-rary, Adafruit SPIFlash, SdFat Adafruit Fork und Adafruit ImageReader Library. Sofern nicht
bereits vorhanden, verlangt jede dieser Biblio-theken noch weitere Libraries, die mit instal-liert werden müssen. Nötig ist auch TimerOne, die aber erst bei der Uhr-Software Verwen-dung findet. Über den Link in der Kurzinfo finden Sie weitere Infos zu den Bibliotheken und ihrer Einbindung in die Arduino IDE.
Als nächstes wird die SD-Karte vorbereitet und mit dem Dateisystem FAT32 formatiert. Bilder müssen direkt im Hauptverzeichnis ab-gelegt sein und folgende Kriterien erfüllen: Das Dateiformat ist Bitmap (*.bmp), die Farb-tiefe 24 Bit und die Auflösung 160 × 128 Pixel groß – dies entspricht der Auflösung des Dis-plays. Die Dateinamen sind frei wählbar. Für den folgenden Test habe ich Testbild.bmp ver-
wendet. Mit einem Grafikprogramm, wie bei-spielsweise dem kostenlosen GIMP, kann jedes beliebige Bild in das benötigte Format ge-bracht werden.
Steckt die SD-Karte mit Testbild im Shield und ist der Arduino mit dem Computer verbunden, kann der Test beginnen. Hierzu eignet sich das Beispielprogramm Break-outST7735-160x128 (zu finden unter Datei/Beispiele/Adafruit ImageReader Library*). Im Programmcode muss man in der Zeile 94 noch den Dateinamen parrot.bmp zu Test-bild.bmp ändern. Sinnvoll ist auch das Einfü-gen einer Verzögerung (delay(30000);) in Zeile 96 (s. Seite 50). Damit bleibt das Bild für
30 Sekunden im Display sichtbar, bevor das Beispielprogramm weiter läuf.
Abschließend kann das Programm hoch-geladen werden. Wenn sich kein Fehler ein-geschlichen hat, zeigt die Röhre das Testbild an. Wären noch mehr Bilder auf der Speicher-karte, würden sie nach den 30 Sekunden ge-laden. So bleibt das Display schwarz und das Programm stoppt.
Die ElektronikUm die fünf Röhren als Uhr zu betreiben, habe ich die Schaltung des Testaufbaus um vier Röhren und zwei Taster erweitert und sie auf
einer kleinen Lochrasterplatine (Rastermaß 2,54mm; 24×18 Bohrungen) aufgebaut. Den vollständigen Schaltplan finden Sie online (siehe Kurzinfo).
Die Spannungsversorgung erfolgt über den Arduino Nano. Betrieben am Computer oder später an einem USB-Netzteil mit min-destens 500mA Ausgangsstrom, ist für die 5-Volt-Aufgaben ausreichend Strom verfüg-bar. Problematisch sieht es hingegen auf der 3,3-Volt-Seite aus. Da fortan fünf Hintergrund-beleuchtungen zu versorgen sind, kommt ein maximaler Strom von circa 250mA zusammen. Der Nano schafft lediglich 50mA. Daher habe ich einen LD33V-Spannungsregler eingebaut,
der aus den 5 Volt des Arduinos 3,3 Volt bereit-stellt, dabei aber bis zu 800mA Strom liefert. Somit hat die 3,3-Volt-Versorgung mehr Power und das Projekt bleibt während des Betriebs auch ohne Kühlkörper wohltemperiert.
Zum Einstellen der Uhrzeit nutze ich drei Taster, die jeweils über einen Kondensator und zwei Widerstände entprellt werden. Die Sig-nale für die Röhren sind einheitlich auf Stift-leisten geführt, ebenso die des SD-Karten-Shields und die der Taster. Da die Digital-Pins des Nanos für meinen Aufbau nicht ausrei-chen, verwende ich auch Analog-Pins als di-gitale Ein- und Ausgänge. Das ist bei allen Analog-Pins mit Ausnahme von A6 und A7 möglich, die nur als analoge Eingänge nutzbar sind. Im Programmcode setze ich die Numme-rierung der Digital-Pins dabei einfach fort (A0 = D14; A1 = D15; A2 = D16; usw.).
Anfertigen der PlatineFür den Nachbau der Platine habe ich Bestü-ckungspläne vorbereitet, die über den Kurz-link heruntergeladen werden können. Die gelben und grauen Leiterbahnen kennzeich-nen jeweils isolierte Drahtbrücken auf der Platinenoberseite. Der Arduino kann in Buch-senleisten auf die Platine gesteckt oder direkt
eingelötet werden. Ich habe mich für die Steckvariante entschieden. Wer kein großer Freund von Lötarbeiten dieses Ausmaßes ist, kann an dieser Stelle auch mit einem ECAD-Programm zu Werke gehen und die Lei-terplatte bei einem Hersteller bestellen.
Beim Löten ist es am besten, mit den Leiter-bahnen zu beginnen und verzinnten Kupfer-
draht zu nutzen. Löcher, in die Bauteile ge-steckt werden, dürfen natürlich nicht mit Lötzinn verschlossen werden. Als nächstes folgt die Bestückung der Stift- und Buchsen-leisten. Hier ist es hilfreich, bei den Pins, an denen die Leiterbahnen auf der Platinenober-seite liegen, mit Skalpell oder Elektronikseiten-schneider Teile der Isolierung zu entfernen. So
LED | SCK | SDA | A0 | RESET | CS | GND | VCC
Testaufbau am Steckbrett mit Arduino Nano und SD-Karten-Shield: Die markierten Leitungen führen zur Dixie-Röhre.
lassen sich diese leichter festlöten. Schließlich sind die übrigen Bauteile zu bestücken. Bei den beiden Elektrolytkondensatoren ist auf korrekte Polarität zu achten und beim Span-nungsregler die Pinbelegung zu berücksich-tigen. Zum Abschluss wird der Arduino Nano in die Buchsenleisten gesteckt.
Das GehäuseWie in den 50er Jahren üblich, soll die Uhr ganz im Stil von „Brauner Ware“ – in
einem Gewand aus Holz – die Zeit verstrei-chen lassen. Dafür habe ich einen eher schlichten Aufbau gewählt. Das Gehäuse be-steht aus zwei Hälften, die aufeinander ge-stellt werden. Im unteren Teil wird die Elekt-ronik eingebaut, im oberen die Röhren. Als Ausgangsmaterial eignen sich 4mm Sperr-holzplatten. Sie lassen sich mit einem Tep-pichmesser und einem Stahllineal gut auf Maß schneiden.
Der obere Teil bildet einen Sockel für die Röhren. Hier erweist sich die Bohrschablone
ein weiteres Mal als sehr hilfreich. Mit ihr kann man alle Bohrungen für die 40 Bana-nen-Buchsen auf der Sockelplatte an-zeichnen. Die runden Ausschnitte in der Deckplatte habe ich mit einer Laubsäge geschnitten. Die vorbereiteten Platten wer-den dann mit Holzleim verklebt: Als erstes habe ich die Vierkanthölzer, auf denen die Sockelplatte aufliegen soll, auf die Seiten-teile geklebt. Die Höhe ist so gewählt, dass von den Röhren nur die Glocken aus der Deckplatte ragen. Als nächstes muss man die vier Seitenplatten rechtwinklig zueinander ausrichten und verleimen, so dass die Vier-kanthölzer innen liegen. Während der Trock-nungszeit ist es sinnvoll, die Platten mit Schraubzwingen zu fixieren.
Im Anschluss kann die Sockelplatte auf die Vierkanthölzer geklebt werden. Wer das Ge-häuse lackieren oder Möbelversiegelung auf-tragen möchte, sollte nun mit den innen liegenden Plattenseiten beginnen. Darauf folgend muss man die Bananen-Buchsen ein-schrauben und die Deckplatte aufkleben. Anschließend kann man mit feinem Schleif-papier die Platten außen bearbeiten und Klebekanten abrunden, bevor auch die Au-ßenseiten lackiert werden.
In der unteren Gehäusehälfte sind alle elektronischen Bestandteile untergebracht. Die Platine und das SD-Card-Shield habe ich mit Distanzbolzen an der Bodenplatte be-festigt, alternativ können sie auch eingeklebt werden. Rückseitig sind die drei Taster und eine USB-B-Buchse eingebaut. Letztere ist mit Zwei-Komponenten-Kleber an die Holzplatte
Geänderter Beispiel-CodeSerial.print(F(“Loading parrot.bmp to screen...“));stat = reader.drawBMP(“/Testbild.bmp“, tft, 0, 0);reader.printStatus(stat); // How'd we do?delay(30000);
Bestückungspläne der Platine
+!
Das Gehäuse besteht aus zwei Hälften: oben (blau) und unten.
geklebt und führt den Mini-USB-Anschluss des Arduinos aus dem Gehäuse.
Auch hier habe ich mit den Vierkanthölzern begonnen und sie bündig mit den Kanten auf die Bodenplatte geklebt. Danach habe ich die Seitenteile mit der Bodenplatte verleimt und die Platten außen mit feinem Schleifpapier be-arbeitet. Ist der Leim trocken, können alle elek-tronischen Komponenten montiert und an-hand des Schaltplans miteinander verdrahtet werden. Zwischen dem Arduino und der USB-B-Buchse steckt ein Mini-USB Kabel, wobei ich einen Stecker abgezwickt und das Kabel direkt an die Buchse gelötet habe. Zum Verbinden der Bananen-Buchsen eignet sich einNetz-werkkabel. Dies hat acht farblich unterschied-liche Adern, die sich während des Lötens gut zuordnen lassen.
SoftwareBeim Programm der Uhr habe ich mich zum Laden und Anzeigen der Bilder an dem zuvor verwendeten Beispielprogramm orientiert. Für die Uhrzeit kommt ein Timer-Interrupt zum Einsatz. Jede Millisekunde erfolgt der Aufruf einer Interrupt-Funktion. Hier werden die Variablen für Sekunden, Minuten und Stunden entsprechend hochgezählt. Zu jeder vollen Minute erfolgt nacheinander die Ak-tualisierung der Röhre Nummer vier und fünf. Bei jedem Stundenwechsel aktualisiert der Mikrocontroller außerdem die Röhren Num-mer eins und zwei.
Einmal geladen, zeigt Röhre drei dauer-haft den Doppelpunkt an, der Stunden und Minuten voneinander trennt. Zudem wird in ihr das Menü zum Einstellen der Uhrzeit dar-gestellt. Die Abfrage der dafür notwendigen drei Taster erfolgt zyklisch alle 250 Millisekun-den. Den Arduino-Sketch und die Ziffer-Bilder finden Sie über den Link in der Kurzinfo. Um die Software in die Uhr zu laden, nutzen wir ein letztes Mal die Arduino IDE. Nach dem Einschalten zeigt die Uhr neben dem Doppel-punkt zunächst nur Striche an, solange die Zeit nicht eingestellt ist.
Das Menü zum Einstellen der Uhrzeit öff-net sich durch das Betätigen von Taster 3 (Pin A5/D19). Mit Taster 2 (Pin A4/D18) und Taster 1 (Pin A3/D17) können zunächst die Minuten vor- bzw. zurückgestellt werden. Erneutes Drücken von Taster 3 ermöglicht das Einstel-len der Stunden. Dies geschieht wie zuvor über die beiden anderen Taster. Ist die Uhrzeit korrekt eingestellt, kann man mit einem wei-teren Druck auf Taster 3 das Menü verlassen. Nun wird die Uhrzeit nacheinander in die Dixie-Röhren geschrieben und die Uhr taktet stoisch vor sich hin.
FazitDie Dixie-Röhre hat ihren eigenen Charme, dennoch bleibt das Vorbild unerreicht. Damit
die Uhr sich von alleine stellt, könnte man sie mit einem DCF-Empfangsmodul zur Funkuhr umbauen oder mit einem Echtzeit-Modul für mehr Genauigkeit sorgen. Schließlich bietet die SPI-Schnittstelle der Röhre ganz neue Möglichkeiten. In unserer schnelllebigen Welt
vergeht die Zeit wie im Flug und ehe man sich versieht, steht wieder Weihnachten vor der Tür. Dann kann die Dixie-Röhre beispielsweise als CO₂-schonender und flam-menloser Ersatz für Kerzen verwendet wer-den. —hch
Röhre mit Testbild: Der provisorische Sockel ist aus Sperrholz und mit grünen Deko-LEDs ver-sehen.
Dixie-Röhren als Kerzenersatz
Blick ins Gehäuseinnere (fertig montiert und verdrahtet)
Schaltkreis-skulpturenDer Künstler Leonardo Ulian liebt es, elektro-nische Geräte auseinander zu nehmen und sich in der Betrachtung der Muster von Schaltkreisen zu verlieren. Er verwendet diese Inspiration, um abstrakte Kunstwerke und skulpturhafte Formen aus Kupferdraht und elektronischen Bauelementen zu weben. Seine gelöteten Kupferverbindun-gen nehmen die Form von tibetischen Man-dalas und fraktalen Mustern an.
Ulian versteht Elektronikschaltungen und kann auch die Funktionsweisen der Bauele-mente genau erklären. Dennoch sind seine Kunstwerke eher Patchworks elektronischer Komponenten, die man als Phantomplati-nen bezeichnen könnte. Dabei bindet er gerne thematisch fremde Objekte – wie Bü-cher – ein und erweckt im Betrachter den Eindruck ferner, futuristischer Welten. —rehu
í leonardoulian.com
Was inspiriert Dich?Wir freuen uns über Vorschläge an:[email protected]
Faultier als VorbildDie Überwachung von Tieren und Pflanzen im Botanischen Garten von Atlanta übernimmt derzeit der Slothbot, der sich dabei so wenig wie möglich bewegen soll. Seine Form ist daher vom Faultier inspi-riert. Unter einer 3D-gedruckten Hülle verstecken sich Sensoren, die die Temperatur, den CO2-Anteil in der Luft und weitere Daten auf-zeichnen. Zwei Solarmodule versorgen den Roboter mit Spannung. Der Slothbot soll sich möglichst nur bewegen, wenn er Sonnenlicht zum Laden braucht. Und je weniger er sich bewegt, desto weniger Energie ist nötig. So kann er auch lang andauernde Fernüberwa-chungen übernehmen.
Ein wichtiger Aspekt dieses Projekts der Universität von Georgia Tech ist die Fortbewegung des Bots auf Stahlseilen. Gleichstrommo-toren treiben seine Räder an, während ein Mechanismus aus zwei Zahnrändern und zwei Servos das Manövrieren über verzweigte Seile ermöglichen. Wo andere Roboter am Boden leicht feststecken oder an Hindernissen scheitern, vereinfacht die Fortbewegung an Outdoor-Seilen den Betrieb. —hch
í news.gatech.edu/2020/06/16/slothbot-garden- demonstrates-hyper-efficient-conservation-robot
Tastatur mit KreuzstichFans mechanischer Tastaturen beeindrucken regelmäßig mit ihren kreativen Ideen. Wo bisher Farbkompositionen, individuell bedruck-te Tastaturkappen und Beleuchtung die Hauptrolle spielten, kommt jetzt der gute alte Kreuzstich ins Spiel. Bei der Arbeit an einer selbst gestalteten Tastatur kam die Makerin Billie Ruben auf die Idee, Tas-tenkappen herzustellen, die man besticken kann.
Die ersten 3D-Druckvorlagen bietet sie bereits zum Download an. Die Tasten haben 5×5 Löcher auf der oberen Seite, so dass man die Belegung der Taste mit Garn aufsticken kann.
Wie Billie Ruben selbst schreibt, wird die fertige Tastatur wohl weni-ger ein Alltagsgegenstand als ein hübsches Vorführprojekt. Falls es allerdings möglich sein sollte, die bestickbaren Tasten so weit zu ver-kleinern, dass man eine durchsichtige Schutzkappe darüber setzen kann, wären Kreuzstich-Tastaturen tatsächlich benutzbar. —esk
í prusaprinters.org/social/84905-billie-ruben/prints
Node-RED ist bei Bastlern äußerst beliebt, weil es Nutzern ohne große Program-mierkenntnisse die Erstellung von IoT-Anwendungen ermöglicht. Das liegt nicht zuletzt an vielen nützlichen Erweiterungen, die unzählige Internet-Dienste und Geräte ohne großen Aufwand einbinden.
M it Node-RED ist es zum Beispiel kein Problem, Sensoren auszulesen, die mit
den GPIO-Pins eines Raspberry Pi verbunden sind, und die ermittelten Daten per Twitter oder per E-Mail zu versenden. Die Verteilung von Informationen im lokalen Netz über das IoT-Protokoll MQTT ist ebenfalls ein Klacks und Node-RED unterstützt sogar die Erstellung von Web-Anwendungen mit durchaus schicken Oberflächen.
Das funktioniert alles deshalb so gut, weil es Erweiterungen gibt, die komplizierte De-tails verstecken, so dass Nutzer komplexe An-wendungen mit wenigen Handgriffen zusam-menklicken können. Bei Bedarf lassen sich solche Erweiterungen aber auch leicht selbst entwickeln. Wir zeigen an dieser Stelle, wie das geht.
SchnelleinstiegWer eine Erweiterung für Node-RED schreiben möchte, sollte verstehen, wie Node-RED unter der Haube funktioniert. Im Grunde ist die Soft-ware recht übersichtlich und besteht aus einem Editor und einer Laufzeitumgebung. Mit dem Editor können Nutzer verschiedene Kno-ten zu so genannten Flows kombinieren. Kno-ten sind eine Art Miniprogramme, die einzelne Aufgaben übernehmen und einen Output er-zeugen, den sie an andere Knoten weiterleiten. Alles zusammen ergibt dann einen Flow.
Die Laufzeitumgebung sorgt anschließend dafür, dass die Knoten eines Flows im Hinter-grund ausgeführt werden und ihre Dienste verrichten.
Die technologische Basis all dessen ist Node.js. Node.js ist eine JavaScript-Implemen-
tierung, die auf der des Google Chrome-Brow-sers basiert. Sie erlaubt nicht nur die Ausfüh-rung von JavaScript-Code außerhalb eines Browsers, sondern bietet eine asynchrone und ereignisgesteuerte Plattform mit nicht-blo-ckierenden Ein- und Ausgabe-Operationen.
Das klingt alles ein wenig akademisch, ist im Kern aber ganz simpel. Programme, die unter Node.js laufen, warten per Voreinstel-lung nicht auf die Ergebnisse von Ein- und Ausgabe-Operationen, sondern geben wäh-
rend der Wartezeit die Kontrolle an andere Programme beziehungsweise Programmab-schnitte ab. Diese Vorgehensweise nutzt die Ressourcen eines Rechners optimal und passt hervorragend zur IoT-Welt, die zum Großteil durch Ereignisse gesteuert wird.
Neben vielen anderen Aufgaben eignet sich Node-RED daher hervorragend zur Inte-gration von Web-Diensten aller Art, wie zum Beispiel solchen für Wetter- oder Pollen-flug-Vorhersagen. So gut wie alles, was das
Kurzinfo
» Überblick Node-RED » Eigene Nodes programmieren » COVID-19-API nutzen
ChecklisteZeitaufwand: 1 Tag
Kosten:0 bis 50 Euro, je nachdem, ob man einen Pi benutzt
Programmieren:JavaScript, Node.js
Material » Raspberry Pi 2-4 (plus Zubehör)
Mehr zum Thema » Markus Ulsass, Alles im Fluss, Make IoT Special 2016, S. 58 » Markus Ulsass, Wolfühlambiente mit Luft- gütemessung, Make IoT Special 2016, S. 66
Der Node-RED-Editor ist aufgeräumt. Links sind die Knoten, in der Mitte der aktuelle Flow und rechts diverse Ausgabe-Fenster.
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Internet zu bieten hat, kann Node-RED anzap-fen und in Flows verwenden. Das gilt auch für Daten über die Corona-Pandemie und es be-darf keines großen Aufwands, sie mithilfe eines eigenen Knoten-Typs zur verarbeiten. In einer ersten Ausbaustufe soll ein solcher Kno-ten die neu gemeldeten Infektionen des Vor-tages für ein vorgegebenes Land ermitteln.
Qual der WahlZunächst steht die Auswahl eines passenden Anbieters an, denn aktuelle Fallzahlen gibt es an vielen Stellen im Netz. Nicht alle sind jedoch akkurat, leicht maschinell zu verarbeiten und obendrein auch noch kostenlos. Aus der Menge sticht die COVID-19-API hervor, denn sie stellt die Daten der Johns Hopkins-Univer-
sität tagesaktuell und größtenteils kostenlos über eine REST-Schnittstelle zur Verfügung. Es gibt auch ein kostenpflichtiges Premium-An-gebot, aber das ist nur für professionelle An-wender interessant.
Das Schöne an REST-Schnittstellen ist, dass es so einfach ist, sie auszuprobieren. Für Expe-rimente reicht ein Web-Browser oder ein Kom-mandozeilen-Werkzeug wie curl oder wget . Das gilt auch für die COVID-19-API, denn sie basiert auf simplen JSON-Dokumenten und verfügt über eine umfangreiche Doku-mentation.
Der wichtigste Anlaufpunkt der API ist die Tageszusammenfassung, die alle wichtigen Daten für jedes Land enthält, das seine Coro-na-Situation veröffentlicht. Unter der URL liegt ein circa 40KB großes JSON-Dokument, das
ein Feld von Objekten repräsentiert. Jedes dieser Objekte beschreibt die aktuelle Coro-na-Situation eines einzelnen Landes. Es ent-hält unter anderem die insgesamt bestätigten Infektionen (TotalConfirmed), die Anzahl der bisher an COVID-19 verstorbenen Personen (TotalDeaths) und die am Vortag gemeldeten Neuinfektionen (NewConfirmed).
Um sich zum Beispiel ein Bild über die Lage in Deutschland zu machen, reicht es, das Sum-mary-Dokument zu laden und nach dem Ob-jekt zu suchen, dessen Country-Eigenschaft den Wert Germany hat.
Knoten entwirrenPrinzipiell lässt sich das schon mit den Bord-mitteln von Node-RED erledigen, denn es gibt Knoten für das Versenden von HTTP-Anfragen und auch welche zur Verarbeitung von JSON-Dokumenten. Hier geht es aber um die beispielhafte Erstellung eines eigenen Kno-ten-Typs, der gegebenenfalls um Eigenschaf-ten erweitert werden kann, die sich mit den eingebauten Knoten wiederum nur umständ-lich umsetzen lassen. Darüber hinaus kann ein eigener Knoten-Typ anderen Anwendern zur Verfügung gestellt werden, so dass diese sich nicht selbst in die API einarbeiten müssen.
Weil Node-RED von Anfang an für Erweite-rungen konzipiert wurde, ist die Implemen-tierung eines eigenen Knotens kein Hexen-
Normalerweise administrieren Nutzer ihre Pakete über den Editor und nicht über npm.
Die COVID-19-API bereitet die wichtigsten Infor-mationen für die meisten Länder kompakt auf.
werk. Deshalb gibt es im Netz eine Unmenge von Erweiterungen und zwar sowohl Knoten als auch ganze Flows.
Das Teilen von Flows ist besonders unkom-pliziert, weil sie nur JSON-Dokumente sind, die über die Export- und Import-Funktionen von Node-RED erzeugt und wieder eingelesen werden können. Das ist bei Knoten etwas komplexer, aber nicht sonderlich schwierig. Dazu gleich mehr.
Node.js-Pakete haben großen Anteil an der Popularität von Node.js, denn sie bilden eine umfangreiche Bibliothek an vorgefertigten, kostenlosen Lösungen, auf die Entwickler je-derzeit zurückgreifen können. Diese Pakete werden mit einem Werkzeug namens npm (Node Package Manager) verwaltet. Wie die meisten Paket-Manager bietet npm Funktio-nen zum Installieren, Deinstallieren und Ak-tualisieren von Paketen an.
Node-RED-Nutzer kommen in der Regel nicht direkt mit npm in Kontakt, weil der Edi-tor die entsprechenden Operationen im Menü Palette verwalten versteckt. Dieser Me-nüpunkt delegiert im Hintergrund aber alle Arbeiten an npm.
Pakete packenIm Grunde ist jeder Node-RED-Knoten ein npm-Paket, das in der Regel mindestens drei Dateien enthält. Zentral ist die Datei package.json , die alle Meta-Informationen des npm-Pa-kets enthält. Dazu zählen unter anderem der Name des Pakets, die Versionsnummer, et-waige Abhängigkeiten und die Lizenz, unter der das Paket verwendet werden darf. Pflicht-felder sind allerdings nur der Name und die Version.
Listing package.json zeigt den zum CO-VID-19-Knoten gehörenden Code. Der Name des npm-Pakets ist node-red-contrib-covi-d19api und entspricht somit der Konvention, dass Node-RED-Erweiterungen mit dem Präfix node-red-contrib- beginnen. Die Version des Pakets ist 0.0.1 und entspricht damit dem Schema des Semantic Versioning, dem alle npm-Pakete folgen müssen.
Weil der COVID-19-Knoten per HTTP auf die COVID-19-API zugreift, definiert die Datei pa-ckage.json eine Abhängigkeit zum npm-Paket node-fetch. Dieses wird dann bei der Installa-tion automatisch mitinstalliert.
Bis hierhin entsprechen alle Einträge in der Datei den Standard-Einträgen, die in so gut wie jedem npm-Paket zu finden sind. Spezi-fisch für Node-Red sind die Angaben unter-halb des Attributs node-red .
Sie teilen der Außenwelt mit, welche Kno-ten das Paket bereitstellt und in welchen Java-Script-Dateien deren Implementierung zu finden ist. In diesem Fall wird nur ein neuer Knoten mit dem Namen covid19api definiert und dessen Quelltext enthält die Datei covi-
Der neue Knoten bekommt automatisch einen Konfigurationsdialog.
Im Inject-Knoten wird das zu prüfende Land hinterlegt.
Knoten-Generator
Die meisten Web-Dienste basieren auf dem Architekturstil REST (Representatio-nal State Transfer) und folgen daher alle ähnlichen Mustern. Da liegt es nahe, den Code für Node-RED-Knoten, die auf sol-che Dienste zugreifen, zu generieren und nicht jedes Mal von Hand zu schreiben.
Das Werkzeug Node Generator erledigt genau das und erzeugt zum Beispiel Code
anhand einer OpenAPI (Swagger)-Defini-tion oder sogar aus einem Node-RED- Funktionsknoten.
Wer vorhat, einen neuen Knoten für einen Internet-Dienst zu entwickeln, sollte also zuerst prüfen, ob der Node Generator den Entwicklungsprozess nicht erheblich be-schleunigen kann, statt alles manuell ein-zugeben.
d19api.js. Ein Paket kann beliebig viele Knoten definieren und die dazu gehörigen Quell-text-Dateien müssen sich nicht im selben Ver-zeichnis befinden wie die Datei package.json. Sie können auch in Unterverzeichnissen liegen.
Listing covid19api.js zeigt den Inhalt der Quelltext-Datei. Es sind nur wenige Zeilen, aber die haben es in sich, denn sie übernehmen nicht nur die Integration mit Node-RED, son-dern auch die Auswertung der COVID-19-API.
Zuerst bindet der Code die node-fetch-Bi-bliothek mittels der require-Anweisung ein und weist das Ergebnis der Konstanten fetch zu. Die Konstante Covid19Api enthält die URL der täglichen Zusammenfassung, die die CO-VID-19-API anbietet.
Als nächstes definiert das Programm eine anonyme Funktion, die vom Paket exportiert wird. Diese Funktion ruft Node-RED später auf und übergibt dabei eine Referenz auf das Laufzeitsystem, die konventionsgemäß RED heißt. Die anonyme Funktion definiert wiede-rum eine Funktion mit dem Namen Covid19A-piNode, welche die eigentliche Geschäftslogik des Knotens implementiert. Am Ende der Datei meldet dann ein Aufruf der Funktion registerType diese Funktion bei Node-RED an und assoziiert sie mit dem Knoten-Typ co-vid19api .
Der Ablauf ist also wie folgt: package.json spezifiziert den Knoten-Namen und die dazu gehörende JavaScript-Datei. Die Datei expor-tiert eine Funktion, die den Knoten-Namen mit dieser Funktion assoziiert und sie bei No-de-RED registriert. Node-RED ruft diese Funk-tion auf, wenn der Knoten verwendet wird. Darüber hinaus kann die Datei natürlich noch viel mehr Code mit der eigentlichen Imple-mentierung des Knotens enthalten.
Der neue Knoten reiht sich optisch nahtlos in die vorhandenen ein.
Daten sammelnJetzt gilt es herauszufinden, wie die Funktion Covid19ApiNode ihre Aufgabe erledigt. Sie startet mit einem Aufruf der Funktion crea-teNode und erzeugt somit einen neuen Kno-ten in der aktuellen Node-RED-Instanz. Als Parameter übergibt sie dabei eine Referenz auf das aktuelle Objekt (this) und die Konfi-guration des Knotens. Diese Konfiguration enthält alle Daten, die dem Knoten zum Bei-spiel über den Konfigurationsdialog hinzuge-fügt wurden.
Nach diesem Aufruf ist das aktuelle Objekt ein vollwertiger Node-RED-Knoten und wird der Konstanten node zugewiesen. Die on-Funktion bringt dem Knoten dann bei, wie er sich im Falle einer eingehenden Nachricht zu verhalten hat. Das ist klassisches JavaScript, denn hier wird ein Ereignis (input) mit einer Callback-Funktion verknüpft, die immer dann aufgerufen wird, wenn das Ereignis eintritt. Als Parameter erhält die Callback-Funktion die Nachricht, die der Knoten empfangen hat.
Die folgenden Anweisungen greifen dann auf die COVID-19-API zu und werten deren Antwort aus. Den Anfang macht die Funktion fetch, die das aktuelle Summary-Dokument per HTTP abfragt. Der Rückgabewert von fetch ist nicht das Dokument selbst, sondern ein Promise-Objekt. Das ist in modernem Java-Script-Code ein beliebtes Muster, denn es ver-hindert allzu tief verschachtelte Auswertun-gen von Callback-Funktionen.
Dazu bieten Promise-Objekte die Metho-den then und catch an. Diese werden jeweils im Erfolgs- beziehungsweise im Fehlerfall auf-
gerufen. Wenn also der Aufruf von fetch ge-klappt hat, wird anschließend die nachfolgen-de then-Methode aufgerufen und bekommt als Argument das zur HTTP-Antwort gehören-de Response-Objekt.
Dieses Verhalten zieht sich im weiteren Ver-lauf durch. Die json-Methode wandelt zum Beispiel die JSON-Nutzlast des Objekts res-ponse in ein JavaScript-Objekt um. Wenn diese Umwandlung erfolgreich war, geht es mit der nächsten then-Methode weiter und die be-kommt das JavaScript-Objekt übergeben.
Das Objekt ist ein Array von Summary-Ob-jekten und nun gilt es, das richtige zu finden. Die Nachricht, die dem Knoten im Falle eines input-Ereignisses übermittelt wird, hat die Ei-genschaft msg.payload. Sie enthält den Namen des Landes, dessen neue Fallzahlen zu ermitteln sind. Die find-Methode prüft daher, ob es ein Summary-Objekt gibt, dessen Country-Eigen-schaft mit dem gesuchten Land übereinstimmt.
Besonderes Augenmerk gebührt der An-weisung return summary, denn sie führt nicht etwa zum Verlassen der Funktion Covid19A-piNode. Sie ist vielmehr Bestandteil der ano-nymen Funktion, die an die aktuelle then-Me-thode übergeben wurde und so sorgt sie dafür, dass der Inhalt der Konstanten summary als Argument an die nachfolgende then-Me-thode übergeben wird.
Der letzte then-Aufruf prüft, ob überhaupt ein passendes Summary-Objekt gefunden wer-den konnte und überschreibt dann den Inhalt der eingegangenen Nachricht entweder mit der Anzahl der neuen Corona-Infektionen oder mit dem Wert -1. Schließlich sendet die Funk-tion send die Nachricht an den Folge-Knoten.
Die catch-Funktion kommt zum Zuge, wenn in irgendeinem der then-Zweige ein Fehler auftritt. Fehler werden momentan nur auf der Konsole vermerkt.
Ein bisschen Farbe nochDie beiden bisherigen Dateien beschreiben nur die Meta-Informationen des neuen Kno-ten-Typs und die Programmlogik, die ausge-führt wird, sobald der Knoten eine Nachricht enthält. Sie legen nicht fest, wie der Knoten innerhalb des Node-RED-Editors aussieht. Darum kümmert sich die Datei covid19api.html.
Im Grunde ist die Datei eine Mogelpa-ckung. Es steht zwar HTML drauf, aber es steckt auch einiges an JavaScript drin. Im We-sentlichen enthält die Datei drei <script>- Blöcke, die alle unterschiedliche Aufgaben haben. Der erste enthält einen Aufruf der Funktion registerType, die in diesem Fall den Knoten beim Node-RED-Editor registriert. Dazu bekommt die Funktion den Namen des Knotens übergeben und ein Objekt mit aller-lei Attributen, die den Knoten genauer be-schreiben.
Das Attribut category legt fest, in welcher Knoten-Gruppe der Knoten auf der linken Seite des Editors erscheint. In diesem Fall ist es die Gruppe namens function. Die Eigenschaft color legt die Hintergrund-Farbe des Knotens fest und icon das Icon, das auf dem Knoten zu sehen ist. Es gibt eine Reihe von Stan-dard-Icons, aber hier kann man bei Bedarf auch eigene Grafik-Dateien angeben. Bevorzugt wird dabei das skalierbare Vektor-Format SVG
Sonderheft Make Special Node-RED
Das Sonderheft führt in die Grundlagen von Node-RED und MQTT sowie die Instal-lation und Konfiguration der freien Soft-ware auf dem Raspberry Pi ein. Durch den mitgelieferten WLAN-Mikrocontroller ESP8266 D1 mini können Sie ihre Sensoren und Aktoren in eigenen Projekten drahtlos per MQTT und Node-RED kontrollieren. Drei Projekte zeigen exemplarisch, wie man Sensordaten abfragt, Daten aus dem Internet holt, weiterverarbeitet und etwa einen Motor fernsteuert.
Projekte mit der Fritzbox
Auch aus der Fritzbox lässt sich mit No-de-RED mehr rausholen: Dank einer offen-gelegten Programmierschnittstelle und vorgefertigter Node-RED-Bausteine kann
man auf einfache Weise auf Systemdaten zugreifen und diese auswerten. Eine Prä-senzerkennung zeigt an, wenn sich das Smartphone ins heimische WLAN einbucht und eine Bandbreitenanzeige mit ESP8266 und LED-Pixel-Streifen visualisiert die aktu-elle Auslastung des Internetzugangs. Mit speziellen Knoten lassen sich zudem die DECT-fähigen Steckdosen und Thermostate von AVM steuern. Alle Projekte gibt es mit Beispielcode und den verwendeten Flows zum Download. Ein abschließender Artikel führt in die Programmierung mit JavaScript und den Umgang mit Node.js ein.
Das 80 Seiten umfassende gedruckte Heft mit dem ESP8266 D1 mini gibt es exklusiv im heise shop (https://heise.de/-4836285) für 24,95 Euro versandkostenfrei zu bestel-len. Als PDF ohne Board gibt es das Heft für 14,95 Euro.
und auch wenn bei den Standard-Icons noch die Extension .png verwendet wird, lädt Node- RED automatisch passenden SVG-Ersatz.
Sehr wichtig ist der Abschnitt defaults, der Vorbelegungen für alle Eigenschaften des Kno-tens enthält. In diesem Fall ist das nur der Name des Knotens und der ist per Voreinstellung leer. Wenn der Knoten mehr Eigenschaften hat, soll-ten diese hier unbedingt vorbelegt werden.
Knoten können mehrere Ein- und Ausgän-ge haben und die Attribute inputs und out-
puts legen deren Anzahl fest. Der covid19a-pi-Knoten empfängt Nachrichten über genau einen Eingang und sendet Nachrichten über genau einen Ausgang.
Schließlich beschreibt die Eigenschaft label noch, welches Etikett der Knoten trägt, wenn er Bestandteil eines Flows ist. Wurde kein Name explizit angegeben, trägt er die Zeichenkette covid19api, sonst den angegebenen Namen. Die label-Eigen-schaft wird daher mittels einer Funktion
umgesetzt und nicht über ein statisches Literal.
Offen bleibt bisher die Frage, wo eine Ei-genschaft wie der Name des Knotens eigent-lich herkommt? Die klärt sich schnell bei einem Blick in den zweiten <script>-Block. Der definiert nämlich den Konfigurationsdia-log des neuen Knotens, indem er das Attribut data-template-name auf den Namen covi-d19api setzt.
Innerhalb des <script>-Elements gibt es dann endlich auch reguläres HTML und zwar ein Text-Eingabe-Element für den Namen des Knotens. Node-RED stellt diverse CSS-Klassen zur Formatierung der Elemente bereit und form-row dient der einheitlichen Darstellung der einzelnen Formular-Elemente. Wichtiger sind aber die IDs der <input>-Tags, denn die müssen mit dem Präfix node-input- begin-nen. Alles, was darauf folgt, definiert den Namen des Konfigurationselements. In die-sem Fall ist das die Zeichenkette name und die legt den Namen des Attributs im Knoten fest. Aufgrund dieser Konvention ist es möglich, dass der JavaScript-Code zu Anfang der Datei auf das Attribut mit dem Namen name zu-greifen kann. Der Code in der Datei covid19a-pi.js kann auf diese Attribute über den con-fig-Parameter zugreifen.
Node-RED integriert automatisch die Font Awesome-Bibliothek, die eine große Anzahl nützlicher Icons bereitstellt. Diese stehen in Form von CSS-Klassen zur Verfügung und in diesem Fall dient die Klasse fa-tag zur Dar-stellung eines Etiketten-Icons vor dem Einga-befeld des Knotennamens.
Das letzte <script>-Element setzt das At-tribut data-help-name auf den Wert covi-d19api und wird dadurch zum Hilfe-Text des Knotens. Der gesamte Inhalt dieses Elements
Ein erster erfolgreicher Testlauf
covid19api.html 01 <script type="text/javascript">02 RED.nodes.registerType('covid19api', {03 category: 'function',04 color: '#a6bbcf',05 icon: 'white-globe.png',06 defaults: {07 name: { value: '' }08 },09 inputs: 1,10 outputs: 1,11 label: function() {12 return this.name || 'covid19api';13 }14 });15 </script>16 17 <script type="text/html" data-template-name="covid19api">18 <div class="form-row">19 <label for="node-input-name"><i class="fa fa-tag"></i> Name</label>20 <input type="text" id="node-input-name" placeholder="Name">21 </div>22 </script>23 24 <script type="text/html" data-help-name="covid19api">25 <p>26 This node returns the number of Covid-19 cases that have27 been confirmed yesterday for a certain country.28 </p>29 </script>
wird als Hilfe-Text zum Knoten im Node- RED-Editor angezeigt und wer eine eigene Knoten-Bibliothek veröffentlicht, tut gut daran, möglichst hilfreiche Dokumentation mitzuliefern.
EntwicklungshilfeAls nächstes gilt es, den neuen Knoten endlich auszuprobieren und der dazu gehörende Pro-zess unterscheidet sich kaum von der Instal-lation anderer Knoten. Zunächst einmal müs-sen alle Dateien, die zum neuen Knoten gehören, in einem gemeinsamen Verzeichnis liegen, das den Namen des Pakets hat. In die-sem Fall ist das der Name node-red-contrib-co-vid19api und die weiteren Schritte setzen voraus, dass dieses Verzeichnis im Home-Ver-zeichnis des Nutzers liegt.
Um das Paket zu installieren, wechselt man in das Heimverzeichnis das Nutzers, unter dem Node-RED läuft und von dort in das Verzeich-nis .node-red . Auf einem Raspberry Pi ist das in der Regel das Verzeichnis /home/pi , so dass das Kommando cd ~/.node-red in den ent-sprechenden Ordner wechselt.
Hier findet sich das node_modules -Ver-zeichnis, in dem alle Node.js-Module liegen, auf die Node-RED zugreifen kann. Hierhin wird das Paket für den neuen Knoten mit dem Kom-mando
npm install ~/node-red-contrib-covid19api
installiert. Die Installation erzeugt dabei einen Link auf das Original-Verzeichnis und instal-liert gleichzeitig alle Abhängigkeiten.
Node-RED lädt neue Module nicht auto-matisch und muss daher neu gestartet wer-den. Auf einem Raspberry Pi erledigt das Kom-mando
sudo service nodered restart
den Job. Anschließend erscheint der covid19-api-Knoten auf der linken Seite in der Funk-tion-Gruppe.
Wer Node-RED bereits produktiv einsetzt, um zum Beispiel das eigene Heim zu automa-tisieren, sollte die Installation einer weiteren Node-RED-Instanz zu Entwicklungszwecken erwägen. So werden laufende Flows beim stän-digen Durchstarten nicht beeinträchtigt.
Laufen lassenEin erster Test-Flow ist mit Node-RED schnell gebaut und benötigt gerade einmal drei Kno-ten. Ausgangspunkt ist ein Inject-Knoten, des-sen Nutzdaten die Zeichenkette Germany ent-halten. Dazu muss der Nutzdaten-Typ mit der Dropdown-Box im Konfigurationsdialog ent-sprechend angepasst werden.
Der Inject-Knoten wird anschließend mit einem covid19api-Knoten verbunden, der bei Bedarf im Konfigurationsdialog einen neuen
Namen bekommen kann. Schließlich wird der covid19api-Knoten mit einem Debug-Knoten verbunden, der alle eingehenden Nachrich-ten ins Debug-Fenster auf der rechten Seite schreibt. Um die Nachrichten zu sehen, muss man das kleine Käfer-Icon rechts oben an-klicken.
Um den Flow zu aktivieren, muss man ihn veröffentlichen. Das geht mit dem roten De-ploy-Knopf rechts oben. Sobald der Flow aktiv ist, reicht ein Klick auf den kleinen Knopf ganz links am Inject-Knoten, um die aktuellen Co-rona-Infektionen für Deutschland zu ermit-teln und im Debug-Fenster auszugeben. Übrigens muss der Flow nach jeder Änderung neu veröffentlicht werden.
Wurde bei der Ausführung die Zahl -1 zu-rückgegeben, konnte in der Regel das ge-wünschte Land nicht gefunden werden. Alle anderen Fehler schreibt Node-RED in die Datei /var/log/syslog.
Der eigene Node-RED-Knoten läuft und kann ab sofort in beliebigen Flows zum Einsatz kommen. Möglich ist beispielsweise die Erstel-lung eines Dashboards, das die Informationen in einem Web-Browser darstellt. Alternativ kann ein Flow die Informationen per MQTT an einen ESP8266 oder einen ESP32 senden. Der kann sie dann in Form einer LED-Ampel, mit-hilfe eines Displays oder auf viele andere Arten visualisieren. Wie man LED-Streifen zur Visua-lisierung benutzt, erklärt auch unser Node -RED-Sonderheft (siehe Kasten).
FazitWie so oft im Leben ist aller Anfang schwer. Sobald man aber eine funktionierende Ver-sion einer Node-RED-Bibliothek hat, ist es recht einfach, sie schrittweise zu erweitern. Zum Beispiel ist es kein großes Problem, den Covid19-Knoten um eine Drop-Down-Box mit den unterstützten Ländern zu erweitern. Diese Liste könnte der Knoten sogar bei der COVID-19-API abfragen.
Verbesserungspotenzial gibt es auch auf technischer Ebene, denn der Knoten muss nicht jedes Mal das ganze Summary-Doku-ment laden, sondern könnte es durchaus zwischenspeichern und nur einmal täglich laden. Solche Mechanismen sieht Node-RED vor und sie sind gut dokumentiert.
Dokumentation ist ein gutes Stichwort, denn die ist reichlich vorhanden. Ferner lohnt sich das Studium bestehender Erweiterun-gen, denn die meisten sind naturgemäß nicht allzu umfangreich.
Als größte Hürde erweist sich letzten Endes die Programmiersprache JavaScript, denn die muss man halbwegs beherrschen, um seine eigenen Node-RED-Ideen umset-zen zu können. Allzu schwierig ist die Spra-che aber nicht und sie eignet sich gut für Einsteiger. —dab
Ist der Haussegen aus dem Gleichgewicht, weil Sie wieder einmal vergessen haben, Ihren Anteil an der Hausarbeit durch Leerung von Waschmaschine oder Trockner zu leisten? Mit einem Raspberry Pi, ein paar smarten Steckdosen und etwas Software zeige ich Ihnen, wie Sie das nie mehr vergessen.
Egal ob Sie zur Miete, in einer Eigentums-wohnung oder einem Einfamilienhaus
wohnen, Haushaltsgeräte wie Waschmaschi-nen oder Trockner befinden sich oft außerhalb der Wohnung in Zwischenetagen, Gemein-schaftskellern oder Waschküchen. Und selbst wenn nicht, treten dennoch die gleichen Pro-bleme auf: Man vergisst die Wäsche aus der Maschine zu nehmen und aufzuhängen, die Spülmaschine auszuräumen oder man wartet unnötigerweise vor dem Bullauge der Wasch-maschine, bis diese den Magnetverschluss freigegeben hat.
Um dem aus dem Weg zu gehen, suchte ich eine unauffällige Lösung, ohne Hand an die Gebäudeverkabelung zu legen, in die Elek-tronik der Geräte einzugreifen oder wie beim Wäsche-Fertig-Melder aus der Make 3/20, Sen-soren an die Geräte kleben und lästige Kabel-strippen zum Kontroll-Baustein ziehen zu müssen. Meine Wahl fiel auf die smarten, per DECT kommunizierenden Steckdosen der Firma AVM vom Modell DECT200 in Ver-bindung mit einem Raspberry Pi und meiner Fritzbox. Drei dieser Steckdosen hatte ich noch aus einem vorherigen Projekt übrig.
Der Raspberry Pi fragt über die AVM Home Automation API den aktuellen Stromverbrauch der über die Steckdosen angeschlossenen Ge-räte bei der Fritzbox ab. Werden festgelegte Schwellenwerte über- beziehungsweise unter-schritten, versendet er im Namen der jeweiligen Steckdose eine Nachricht in eine Telegram- Gruppe . Die Software des Projektes ist in Python geschrieben und nutzt eine Bibliothek, um die Kommunikation mit der Fritzbox durch-zuführen. Um den Programmcode so einfach wie möglich zu halten, verwende ich für den Versand der Telegram-Nachrichten bewusst keine der vorhandenen Bibliotheken.
Anmeldung DECT-Steckdosen
Um das Projekt nachzubauen, müssen Sie als erstes die Steckdosen an der Fritzbox anmel-den. Wie dies durchgeführt wird, kann den beiden Steckdosen-Schnellanleitungen ent-nommen werden, die Sie über den Link in der Kurzinfo erreichen.
Nachdem die Steckdosen angemeldet wur-den, können Sie ihnen auf der Weboberfläche einen Namen geben. Bevor Sie die Steckdosen hinter Wasch- oder Spülmaschine verbauen, notieren Sie sich deren AIN (Aktor Identifika-tionsnummer). Diese eindeutige Bezeichnung benötigen Sie später für die Abfrage. Sie fin-den diese auf der Rückseite der Steckdosen und in der Weboberfläche der Fritzbox .
Anmeldeverfahren FritzboxPrinzipiell ist es möglich, sich ausschließlich per Kennwort an der Fritzbox anzumelden.Dennoch empfehle ich aus Sicherheitsgrün-
Kurzinfo
» Feststellen des Geräte-Status durch Auswertung des aktuellen Stromverbrauchs » Erstellung Telegram-Bots und -Gruppe » Versand von Telegram-Nachrichten anhand von Schwellenwerten
ChecklisteZeitaufwand:60 Minuten für die Installation
Kosten:ab etwa 25 Euro für den Raspberry zzgl. 42 Euro pro überwachter Steckdose
Programmieren:Grundkenntnisse Raspberry Pi
Computer:Desktop oder Notebook mit Win-dows, macOS oder Linux
Material » Raspberry Pi (ab Zero) » SD-Speicherkarte passend zum Raspberry » Netzteil passend zum Raspberry » pro überwachtem Gerät 1 Steckdose AVM DECT 200 oder AVM DECT 210 » AVM Fritzbox
Mehr zum Thema » Wie Sie Hausgeräte durch Abfragen ihrer LED-Anzeigen überwachen, lesen Sie im Arti-kel „Wäsche-Fertig-Melder“ im Make-Magazin 3/20 ab Seite 18 » Infos zur Einrichtung eines Telegram-Bots finden Sie im den Artikel „Digitaler Bilderrah-men mit Messenger-Funktion“ aus der Make 5/19 ab Seite 32 » und in „Smarter Bewegungsmelder“ aus der Make 4/19 ab Seite 66 » Wie man Steckdosen anderer Hersteller mit neuer Firmware flasht, erfahren Sie in „Smarte Steckdosen mit neuer Firmware“ im Make Sonderheft 2018 ab Seite 80
n Die beiden DECT-Steckdosen-Modelle von AVM kosten jeweils etwa 42 Euro: Links die DECT 200 (nur für innen, maximal 2300W/10A) und rechts die DECT 210 (spritzwassergeschützt nach IP44, maximal 3450W/15A).
Alles zum Artikel im Web unter make-magazin.de/xguh
den, zwei Benutzerkonten anzulegen. Das erste erhält dabei Administrationsrechte. Für das zweite Konto werden nur Berechtigungen für den Bereich Smart-Home eingerichtet. Diese Zugangsdaten werden später für die Software auf dem Raspberry Pi benötigt, damit der über die Fritzbox auf die Steckdosen zu-greifen kann.
Zunächst melden Sie sich wie gewohnt an Ihrer Fritz!Box an und wechseln in der Benut-zeroberfläche auf System und Fritz!Box Benut-
zer. Dort betätigen Sie den Button Benutzer hinzufügen. Anschließend geben Sie einen Benutzernamen sowie ein Kennwort ein. Das Feld der E-Mailadresse kann freigelassen wer-den. Bevor Sie das Benutzerkonto mit dem Button Übernehmen endgültig anlegen, wäh-len Sie noch die zum jeweiligen Benutzer pas-senden Berechtigungen aus .
Nachdem beide Benutzerkonten angelegt wurden, wechseln Sie auf Anmeldung im Heim-netz. Dort aktivieren Sie Anmeldung mit Fritz!Box-Benutzernamen und Kennwort und speichern die Eingabe mit einem Klick auf Übernehmen. Sie werden nun von Ihrer Fritz-box abgemeldet und können sich mit einem der beiden neu angelegten Benutzerkonten erneut anmelden.
Telegram-Bots und -GruppeAls nächstes sollten Sie sich um die Einrich-tung der notwendigen Telegram-Bots küm-mern. Diese versenden später unter Ihren eigenen Namen Nachrichten der Steckdosen in eine Telegram-Gruppe. Während der spä-teren Installation der Software werden die jeweiligen Tokens der Bots sowie die Grup-pen-ID benötigt.
Die Erstellung eines Telegram-Bots wurde bereits in den Artikeln „Digitaler Bilderrahmen mit Messenger-Funktion“ (den Link zu diesem Artikel finden Sie in der Kurzinfo) ausführlich beschrieben. Daher werde ich nur auf die Be-sonderheiten zu meinem Projekt eingehen. In meinem Github-Repository (siehe Kurzin-fo-Link) finden Sie Bilder der Erstellung eines Telegram-Bots.
Nachdem für jede Steckdose ein eigener Bot erstellt wurde, ist es an der Zeit, eine Tele-gram-Gruppe zu gründen. Hierzu klicken Sie in der Handy-App auf die drei Striche und wählen den Punkt Neue Gruppe aus. In dem sich öffnenden Dialog können Sie mit @Bot_
Name Ihre Bots suchen und der Liste hinzu-fügen. Mit einem Klick auf das Pfeilsymbol wechselt man in das nächste Fenster. In die-sem vergeben Sie den Gruppennamen. Wei-terhin besteht die Möglichkeit, ein Bild hin-zuzufügen bevor Sie die Gruppe mit einem Klick auf das Hakensymbol erstellen .
Sie haben sicherlich bemerkt, dass für die Aufnahme Ihrer Bots in die Telegram-Gruppe weder ein Benutzername noch ein Passwort benötigt wurde. Grundsätzlich besteht für jeden Telegram-Nutzer die Möglichkeit, einen oder mehrere Ihrer Bots in seine eigene Grup-pe aufzunehmen. Sie können diese Vorein-stellung jedoch ändern, indem Sie nochmals in den Chat mit dem Botfather wechseln und das Kommando /setjoingroups eingeben. In dem folgenden Dialog wählen Sie für jeden Ihrer Bots den Status DISABLED aus. Zuletzt kann mit dem Kommando /setuserpic jedem Bot ein individuelles Bild zugeordnet werden. In meinem Github-Repository finden Sie auch hier weitere Bilder.
Zur Ermittlung der Gruppen-ID wechseln Sie in den Chat der erstellten Gruppe. Mit einem Klick auf den Gruppennamen wird eine Übersicht aller Mitglieder angezeigt. Mit dem Button Mitglied hinzufügen öffnet sich ein Suchdialog. In diesem geben Sie @getidsbot ein und fügen das neue Mitglied mit einem Klick auf das Hakensymbol Ihrer Gruppe hinzu. Zurück in der Übersicht, wird das neu hinzugefügte Mitglied GetIDs Bot mit einem langen Klick auf dessen Namen direkt wieder entfernt. Im Gruppenchat finden Sie eine Nachricht mit vielen Informationen. In dieser wird auch die Gruppen-ID angezeigt .
TestnachrichtNachdem alle Vorarbeiten abgeschlossen wurden, ist es an der Zeit, den Nachrichten-versand zu testen. Hierzu geben Sie in einem Browser Ihrer Wahl das folgende Kommando ein .
Den BOT-TOKEN sowie die GRUPPEN-ID er-setzen Sie mit Ihren eigenen Angaben. Nach circa einer Sekunde sollte die Nachricht Test-nachricht in Ihrem Gruppenchat erscheinen .
Vorbereitung der SD-KarteFür die Installation des Projektes empfehle ich ein Raspberry Pi OS Lite. Sie können allerdings auch eine Version mit Desktopumgebung ein-setzen. Eine Installationsanleitung sowie den Download des Images finden Sie unter dem Link in der Kurzinfo.
Nach der Installation muss man eine leere Datei mit dem Namen ssh auf der BOOT-Par-tition der SD-Karte erstellen. Diese aktiviert den SSH-Server, über den Sie sich nach dem Start des Raspberry Pis mit einem Programm wie putty verbinden.
n Das Smart Home Profil einer angemeldeten AVM-Steckdose mit dem Namen Testgerät und der AIN 11657 0277622
n So sehen Nachrichten in der Gruppe Haus-haltsgeräte aus.
Installation ProjektDie Installationsdateien befinden sich in einem Github-Repository. Damit Sie mit Git-hub kommunizieren können, müssen zuerst die folgenden Befehle ausgeführt werden:
sudo apt update
sudo apt -y install git
Nun können Sie das Repository mit den fol-genden Befehlen auf Ihren Raspberry Pi klo-nen .
Um die Installation zu starten, geben Sie die folgenden Kommandos ein:
chmod +x install.sh
./install.sh
Während der Installation werden Sie unter anderem dazu aufgefordert, das Login-Pass-wort des Raspberry Pi, die Bot-Tokens sowie die Gruppen-ID einzugeben. Zum Abschluss der Installation muss der Raspberry Pi mit dem folgenden Befehl neu gestartet werden:
sudo reboot
Danach verbinden Sie sich erneut mit ihm und wechseln mit dem folgenden Komman-do in das Verzeichnis des Haushaltspro-gramms:
cd /opt/haushalt
SchwellenwerteFür den späteren Nachrichtenversand werden für jede Steckdose zwei Schwellenwerte be-nötigt. Dabei handelt es um einen Start- bzw. einen Stopp-Wert in Milliwatt. Zur Verdeutli-chung ein kurzes Beispiel.
Liegt der Start-Schwellenwert bei 5.000mW, wird eine Nachricht mit dem Inhalt „Das Gerät <GERÄTENAME> wurde gestartet“ versendet, sobald das Gerät diesen Stromverbrauch über-schreitet. Liegt der Stopp-Schwellenwert bei 2.500mW, wird eine Nachricht mit dem Inhalt „Der Vorgang des Gerätes <GERÄTENAME> ist fertig“ versendet, sobald das Gerät diesen Stromverbrauch unterschreitet.
Um die Schwellenwerte zu ermitteln, kön-nen Sie das Programm aufzeichnung.py ver-wenden. Dabei gehen Sie nach der folgenden Methode vor:
Start Aufzeichnung -> Start Maschine -> Ende Maschine -> Ende Aufzeichnung
Das Programm starten Sie mit dem folgen-den Kommando:
/opt/haushalt/aufzeichnung.py
Die Aufzeichnung beginnt, sobald die aufzu-zeichnende Steckdose (Gerät) ausgewählt wurde. Mit der Tastenkombination Strg + C kann die Aufzeichnung beendet werden. Im Terminal wird ein Pfad zu einer Textdatei ausgegeben.
Darin befinden sich die aufgezeichneten Werte. Sie können die Textdatei mit dem folgenden Befehl ausgeben, wobei <PFAD> mit dem vor-her angezeigten Pfad ersetzt werden muss:
c a t <PFAD>
Jede angezeigte Zeile entspricht dabei einer Messung und ist wie in der Tabelle aufge-baut:
Sie müssen nun für jedes Gerät herausfin-den, ab welchem Stromverbrauch die beiden Nachrichten versendet werden sollen. In mei-nem Repository stelle ich die vollständigen Beispielaufzeichnungen meiner Wasch- und Spülmaschine sowie meines 3D-Druckers in-klusive einer Erklärung der von mir festgeleg-ten Schwellenwerte zur Verfügung.
KonfigurationsdateienNachdem für alle Geräte die Schwellenwerte ermittelt wurden, müssen Sie diese in die Kon-figurationsdatei schwellenwerte.json eintra-gen. Alle für das Projekt notwendigen Konfi-gurationsdateien befinden sich im Verzeichnis:
/home/pi/.credentials
Das Eintragen kann per Hand erfolgen und muss wie in aussehen.
Oder Sie nutzen das von mir geschriebene Programm, um die Schwellenwerte maschinell in die entsprechende Konfigurationsdatei ein-zutragen. Der Befehl dazu lautet:
/opt/haushalt/schwellenwerte.py
Unabhängig für welche Variante Sie sich ent-scheiden, wichtig ist die Einhaltung der Nota-tion. In den Dateien können Sie Änderungen an den Bot-Tokens, den Anmeldedaten der Fritzbox, den Schwellenwerten, den Geräte-namen sowie den AIN-Nummern der Steck-dosen durchführen.
Programm haushalt.pyMit dem vorangegangenen Schritt haben Sie die letzten Vorarbeiten abgeschlossen. Dem eigentlichen Hauptprogramm haushalt.py lie-gen nun alle notwendigen Informationen für einen reibungslosen Betrieb vor. Dieses Pro-gramm kümmert sich um die Kommunikation mit der Fritzbox und den Versand der Tele-gram-Nachrichten. Weiterhin ist es für den Informationsaustausch mit der lokal angeleg-ten Datenbank zuständig. Darin werden ent-sprechende Datensätze für jeden Vorgang angelegt. Damit ist es dem Programm mög-lich, auch nach einem Neustart zu erkennen,
Bei der Neuanlage eines Benutzerkontos bitte die Checkbox Smart Home auswählen.
n Die neue Telegram-Gruppe Haushaltsgeräte mit den erstellten Bots und weiteren Personen
ob etwa die Waschmaschine noch läuft und wann der Waschvorgang gestartet wurde. Das Programm versendet deshalb keine erneute Start-Nachricht.
Die angelegten Datensätze können später auch zu Auswertungszwecken herangezogen werden. Wer eine solche Erweiterung für das Projekt programmiert, kann gerne einen Pull Request an das Github Repository senden. Ins-gesamt habe ich versucht, den Programmcode so einfach wie möglich zu halten, damit auch fortgeschrittene Anfänger Änderungen an diesem vornehmen können.
Systemd Service Unit
Das Programm haushalt.py wird über eine Sys-temd Service Unit gestartet. Diese ist mit einem Windows-Dienst vergleichbar. Den Aufbau der Unit haushalt.service sehen Sie im Listing . Weiterführende Informationen zum Thema finden Sie in der Kurzinfo.
Haben Sie Änderungen an den Konfigura-tionsdateien durchführt, muss der Dienst neu gestartet werden, um die neuen Werte zu übernehmen. Sie können hierzu diesen Be-fehl verwenden:
sudo systemctl restart haushalt.service
Alternativ besteht die Möglichkeit, den Rasp-berry Pi vollständig neu zu starten.
HausautomatisierungNatürlich gibt es bereits viele Projekte, die sich mit dem Thema Hausautomatisierung befas-sen und sogar verschiedene Systeme und Protokolle miteinander verbinden. Hier sind insbesondere der IO-Broker sowie FHEM zu er-wähnen (Links in der Kurzinfo).
In beiden Projekten besteht die Möglich-keit, das AVM DECT Ökosystem zu integrieren. Zusätzlich können auch Steckdosen anderer Hersteller mit einer alternativen Firmware wie etwa Tasmota geflasht und eingebunden werden. Falls diese Steckdosen ebenfalls über Stromsensoren verfügen (das ist nicht bei allen Smart-Home-Steckdosen der Fall), er-folgt die Übermittlung des aktuellen Strom-
n Die Chat-ID wird für die spätere Installation benötigt.
verbrauches dann meist mit dem Protokoll MQTT über WLAN. Der Artikel Smarte Steck-dosen mit neuer Firmware beschreibt den Vor-gang ausführlich. Auch die Open-Source-Software Homeassistant, eine leistungsfähige Smart-Home-Zentrale, kann mit kommerziel-len Geräten wie der Fritzbox und deren Zu-behör, aber auch mit Selbstbauadaptern auf Basis von ESP-Mikrocontrollern zusammen-arbeiten. Falls Sie neugierig geworden sind, finden Sie über den Kurzinfo-Link mehr Infos dazu.
Ich habe mich aufgrund des hohen Installa-tions- und Konfigurationsaufwandes allerdings bewusst gegen ein solch komplexes System entschieden. Zudem konnte ich mir durch die Entwicklung neue Fertigkeiten aneignen.
FazitMein Projekt wird das Leben vieler Menschen nicht radikal verändern. Dennoch besitzt es das Potential, dieses zumindest in einem Teilbereich zu erleichtern. Vielleicht hilft es, Beziehungs-
problemen aus dem Weg zu gehen oder sorgt für ein harmonischeres Zusammenleben in einer WG oder einem Mehrgenerationenhaus.
In Zukunft kann ich mir eine Verbindung zu anderen Projekten vorstellen. Denkbar wäre, eine Nachricht an den Digitalen Bilder-rahmen (Make 5/2019, S. 32) zu versenden, sobald etwa die Waschmaschine ihre Arbeit beendet hat. Dadurch kann sichergestellt wer-den, dass die Großeltern den beschwerlichen Weg in den Waschkeller nicht umsonst antre-ten müssen. —hgb
Eintrag in der Konfigurationsdatei01 {02 "AIN1start": 5000,03 "AIN1stop": 2100,04 "AIN2start": 2000,05 "AIN2stop": 600,06 "AIN3start": 160000,07 "AIN3stop": 1500008 }
Die Systemd Service Unit im Detail01 [Unit]02 Description=Steckdosenüberwachung AVM Fritz!Box03 After=mariadb.service04 05 [Service]06 Type=simple07 ExecStart=/opt/haushalt/haushalt.py08 Restart=always09 10 [Install]11 WantedBy=multi-user.target
Lassen Sie das Telefon schon zusammen mit der Türklingel bimmeln? Schön, aber das ist ja nur eine halbe Lösung. Dieses Leserprojekt zeigt, wie man per DECT-Telefon und Fritzbox die Tür per Telefon auch öffnen kann. Interessant nicht nur, wenn Sie bettlägerig oder schlecht zu Fuß sind.
Seit der Fritzbox-Hersteller AVM das TR064-Management-Protokoll im FritzOS
dokumentiert hat, gibt es einige Lösungen, die eine Umleitung des Haustür-Klingelsignales zu einem DECT-Telefon ermöglichen. Dadurch klingelt das Telefon, wenn jemand den Klingel-knopf betätigt. In der Kurzinfo finden Sie unter "Mehr zum Thema" Anleitungen dazu.
Wenn Sie solch eine Schaltung benutzen, ist es schön und gut: Es klingelt an der Haustür und am Telefon. Aber wie bekommt man jetzt die Tür auf? Gerade für Behinderte oder ältere Personen wäre eine solche Fernschalt-Funk-tion über das Telefon sehr hilfreich, um zum Beispiel in Mehrparteienmietshäusern den Briefträger den Zugang zu den Postkästen im Hausflur zu ermöglichen oder bei Einfamilien-häusern die Gartentür zu öffnen. Mit dem TR064-Protokoll geht das jedoch nicht. Und da setzt mein Projekt ein.
Analog-Anschluss zweckentfremdet
Die Lösung sieht so aus: Jede Fritzbox besitzt auch zwei analoge, meist ungenutzte Telefon-anschlüsse, die vom DECT-Anschluss aus per Kurzwahl angerufen werden können. Einen davon verwendet man nun zur Steuerung des elektrischen Türöffners an der Haustür. Der Anschluss steuert das Basis-Modul dieses Pro-jekts, das, sobald es angerufen wird, über ein Relais den Türöffner betätigt. Am DECT-Telefon muss man dazu nur die zum Anschluss (FON1 oder FON2) gehörende Kurzwahl-Nummer **1 beziehungsweise **2 wählen. Das Modul wird mit dem Türöffner-Taster per Kabel verbun-den. Optional bei größerer Entfernung geht das auch über eine Funkfernsteuerung (im 433MHz-Bereich). Die ist aber nur gegen ver-sehentliche Bedienung durch einen der bei Funk-Steckdosen gebräuchlichen Handschal-
ter, nicht aber gegen das Abhören mittels eines Sniffers geschützt (siehe Kasten „Vor-sicht, Abhörgefahr“ auf Seite 78). Das kann man zwar durch Verwendung von Funkmodu-len ändern, die ihr Signal verschlüsselt über-tragen, ist in meinem Projekt aber noch nicht enthalten.
Die Einrichtung des Anschlusses an der Fritzbox entspricht der Einrichtung eines Ana-logtelefones. Da hilft notfalls die Online-Hilfe
der Box weiter. Achten Sie unbedingt darauf, dass dem analogen Telefon keine ihrer exter-nen Rufnummern zugeordnet wird, denn dann würde jeder eingehende Anruf auf dieser Leitung bei Ihnen zu Hause die Tür öffnen. Es sei denn, dass Sie den analogen Anschluss über die Callthrough-Funktion der Fritzbox absichern (mit PIN und Angabe der be-rechtigten Rufnummer, zum Beispiel die eines Handys). Dann kann man auch ohne Beden-
Kurzinfo
» Türöffnung durch interne und externe Anrufe » Türöffner über Kabelverbindung betätigen » Funkfernsteuerung mit individuellem Code-Schlüssel
ChecklisteZeitaufwand:3 bis 4 Stunden (ohne Platinenher-stellung)
Kosten:circa 20 bis 60 Euro (ohne/mit Funkfernsteuerung)
MaterialDie Bauteil-Listen stehen wegen ihrer Länge nur online zur Verfügung
Werkzeug » Lötkolben » Kleiner Schraubendreher » Nur bei Selbstherstellung der Platinen: Belichtungs- und Ätzanlage
Mehr zum Thema » Wie man das Türklingel-Signal an die Fritzbox weiterleitet, erfahren Sie im Make-Artikel „Türklingel mit Arduino“ » Eine weitere Methode zur Verbindung lesen Sie im Online-Artikel „Eine smarte Türklingel mit dem ESP8266 und Fritzbox selber bauen“
n Konfigurationsmenü der Callthrough-Funktion in der Fritzbox
Alles zum Artikel im Web unter make-magazin.de/xpdw
ken eine externe Rufnummer dem Türöffner zuordnen. Großer Vorteil: Ist das alles korrekt eingerichtet, kann man mit dem Handy eben-falls die Tür öffnen. Sehr nützlich bei einem Notfall, falls im Inneren niemand mehr dazu in der Lage sein sollte.
Das Basis-ModulNun zur eigentlichen Elektronik. Sie besteht aus drei Funktionsblöcken:
– Analog-Interface mit Schalt-Aktor für den Türöffner (Basis-Modul)
– ISM-Sender für die kabellose Übertragung des Türöffner-Kommandos (optional)
– ISM-Empfänger für den Empfang des Tür-öffner-Kommandos (optional)
Die Schaltung des Basis-Moduls kann auf einer Lochraster-Platine oder auf einer selbst geätzten Platine erfolgen.
Die Layout-Dateien zur Platinen-Herstel-lung stehen über den Kurzinfo-Link zum Download bereit. Der Schwierigkeitsgrad der Schaltung ist gering, die Schaltung ist also auch für Anfänger geeignet. Mein erster Proto-typ war nach zwei Stunden aufgebaut (Loch-rasterplatine). Die Kosten für die Bauteile be-laufen sich auf etwa 20 Euro. Für die Bauteile (Basis-Modul und ISM-Platinen) gibt es über den Kurzinfo-Link erreichbare fertige Waren-körbe, falls Sie die Bauteile bei Reichelt be-stellen möchten. Achtung: C5 wurde im Wa-renkorb durch einen 15nF-Kondensator ersetzt, da 12nF nicht lieferbar sind! Die Opto-
koppler werden alternativ bestückt, also ent-weder der CNY65 oder der PC817. Der CNY65 hat wegen seiner Bauform eine höhere Isola-tionsklasse. Er ist deshalb auch für den Betrieb an einer alten Telefonanlage oder einem ana-logen Anschluss der Telekom geeignet.
Eigentlich ist die Installation des Basis-Mo-duls recht einfach, wenn da nicht die Zwei-draht-Leitung zum Türöffner-Taster wäre. Bei geringem Abstand zwischen Fritzbox und
Taster ist das kein Problem. Wenn aber meh-rere Meter Kabel quer durch die Wohnung gelegt werden müssten, kann es zu Akzep-tanzproblemen kommen. Aber auch dafür gibt es eine Lösung, die da heißt: Funkfernbedie-nung. Das Basis-Modul hat einen geschalteten 12V-Anschluss, an den ein 433MHz-ISM-Sender angeschlossen werden kann. Dieser funkt immer dann, wenn das Relais für den Türöffner anzieht. Der Empfänger sitzt direkt neben dem
n Schaltplan des Basis-Moduls
n Das Basis-Modul ist das Verbindungsglied zwischen Fritzbox und Türöffner.
Türöffner-Taster und braucht daher nur noch eine kurze Kabelverbindung.
Der SenderDa das frei-benutzbare ISM-Band mit vielen Signalen vollgestopft ist, muss man das aus-gestrahlte Signal individualisieren, damit die Tür nicht versehentlich geöffnet wird, wenn der Nachbar zum Beispiel eine seiner Funk-steckdosen schaltet. (Lesen Sie dazu aber un-bedingt auch den Textkasten „Vorsicht, Abhör-gefahr!“ auf Seite 78) Das ist recht einfach und übernimmt ein Mikrocontroller vom Typ ATTI-
Listing 1: Türöffner-Sender01 $regfile = "attiny85.dat"02 $crystal = 800000003 $hwstack = 4004 $swstack = 1605 $framesize = 3206 07 Config Portb.3 = Output ' Sende Port aktivieren08 Portb.3 = 109 Config Portb.4 = Output ' Aktivitäts LED10 Portb.4 = 111 12 Const Serout_extpull = 0 ' Pull up Seriell Port einschalten13 14 Dim S As String * 10 ' Variable Ausgabe String15 Dim Baudrate As Long ' Übertragungsgeschwindigkeit16 17 S = Chr(13) + "***Sesam" + Chr(13) ' Ausgabe String18 Baudrate = 1200 ' Übertragungs Geschwindigkeit19 20 Do21 Portb.3 = 1 ' Ausgabe Port einschalten22 Portb.4 = 0 ' Aktivitäts LED ein23 Waitms 10 ' 10ms warten Wird als Break erkannt24 Serout S , 0 , Portb , 3 , Baudrate , 0 , 8 , 1 ' String ausgeben25 Portb.3 = 0 ' Ausgabe Port ausschalten26 Portb.4 = 1 ' LED aus27 Waitms 300 ' 300msec bis zur nächsten Sendung28 Loop29 30 End31
n So sitzen die Anschlüsse auf der selbstgeätzten Platine. n Die Vorlagen zur Platinen-Belichtung für das Basis-Modul
NY85 mit einem kleinen BASCOM-Programm (Listing 1). Zum Programmieren reicht die Free-ware-Version von BASCOM aus, ein entspre-chender Programmer ist in den Online-Waren-körben enthalten. Immer wenn der Sender aktiviert wird, schickt er im 300ms-Takt eine Schlüsselsequenz zum Funkmodul und dieses
sendet den Schlüssel zum Empfänger. Nur der eigene Empfänger kennt die Schlüsselsequenz und reagiert darauf. Für andere Informationen, die im ISM-Band rumschwirren, ist der Emp-fänger taub.
Beim Aufbau des Sende-Moduls ist einiges zu beachten. Wichtigster Punkt ist die Anten-
ne: Ohne Antenne haben die 433MHz-Modu-le fast keine Reichweite, 2 Meter gehen gera-de so. Will man quer durch die Wohnung durch Türen und Wände, geht es ohne Anten-ne nicht. Hier bieten sich die kleinen Stum-melantennen für den 433MHz-Bereich an. Sie sind intern als Dipol geschaltet und benöti-gen keine Grundplatte als Gegenpol. (Ein einfaches Stück Draht mit der richtigen Länge (174mm) wäre nur eine halbe Antenne. Um auf volle Leistung zu kommen würde der Draht einen Gegenpol aus einer runden Me-tallscheibe mit 174mm Durchmesser benöti-gen. Das wäre eine klobige Angelegenheit.) Der nächste Punkt ist der mechanische Auf-bau von Platine und Antenne. Die Stummel-antennen werden als Vertikal-Strahler senk-recht montiert. Das geht am besten mit einem Alu-Winkel, auf dem Platine und An-tenne montiert werden. Mit dem richtigen Aufbau schafft man dann in einem Gebäude locker 20-30m Funkstrecke.
Der EmpfängerDie Auswahl des richtigen Empfängers ist nicht so einfach. Die simplen und billigen Pen-
Listing 2: Türöffner-Empfänger01 $regfile = "attiny2313a.dat"02 $crystal = 800000003 $baud = 120004 $hwstack = 2405 $swstack = 1606 $framesize = 3207 08 Config Input1 = Cr , Echo = Cr ' Konfiguration Einlese Parameter09 10 Config Porta.0 = Output ' Relais Port11 Porta.0 = 112 Config Porta.1 = Output ' Led Port13 Porta.1 = 114 15 Dim Na As String * 10 ' Empfangsstring16 Dim Pos As Byte ' Position des Schlüsselwertes17 Echo On ' Serieller Input Echo aus18 Print "Tueroeffner V1.0a" ' Versionsmeldung19 20 '****** Hauptprogramm21 Do22 If Ischarwaiting() = 1 Then ' enthält UART ein Zeichen? enthält23 Input Na ' Zeichenkette einlesen. 24 ' Ende wird mit CR markiert25 Pos = Instr(na , "Sesam") ' Empfangene Daten mit 26 ' dem Schlüsselwert vergleichen27 If Pos > 0 Then ' Wenn Pos ungleich 0 ist 28 ' der Schlüsselwert gefunden29 Print Na ; " " ; Pos ' Empfangenen String ausgeben30 Porta.1 = 0 ' LED ein31 Porta.0 = 0 ' Relais ein32 Wait 3 ' 3 sec. warten33 Porta.0 = 1 ' Relais aus34 Porta.1 = 1 ' LED aus35 Elseif Pos <= 0 Then36 Print "Schrott" ' Kein sauberes Signal empfangen37 Wait 3 ' 3 sec. warten38 End If39 End If40 Loop41 End
Vorsicht, Abhörgefahr!
Die Übertragung des Steuercodes zum Türöffner im 433MHz-Bereich ist nicht ab-hörsicher: Die durch die Mikro-Controller gesendeten Steuersequenzen verhindern lediglich, dass der Türöffner auf Funk-steckdosen-Sender oder ähnliches re-agiert. Das Mitschneiden des Öffnungs-signals verhindert sie nicht! Schon ein Arduino mit Empfängermodul und geeig-neter Sniffer-Software kann das Signal mithören und den Steuercode anzeigen. Der kann dann von Unbefugten zum Öff-nen der Tür benutzt werden. Betrachten Sie daher die hier verwendete Schaltung
nur als „Proof of Concept“. Sicher wird es erst durch Verwendung von Funkmodu-len mit verschlüsselter Datenübertra-gung, zum Beispiel dem RFM69W. Oder Sie verbinden das Basis- und das Türöff-nermodul mittels ESP-Modulen über WLAN. Auch diese Verbindung ist dann sicher, solange kein Unbefugter Zugriff auf das Funknetz erhält.
Wenn Ihnen eine passende Lösung dazu einfällt, dann senden Sie uns Ihr Erweite-rungsprojekt bitte per E-Mail. Vielleicht können Sie ja bald Ihren Artikel hier lesen.
delempfänger, die zusammen mit den Sen-dern ausgeliefert werden, sind zu unemp-findlich, um eine sichere Übertragung zu garantieren. Nur die teureren Superhetero-dyn-Empfänger sind zu gebrauchen. Auch eine ordentliche Antenne, die ebenfalls senk-recht montiert wird, ist Pflicht, genau wie für den Sender.
Zum Dekodieren des Sendesignal wird ein ATTINY2313 eingesetzt . Der Grund hier-für ist der UART, der im ATTINY85 nicht vor-handen ist. Nur mit einem UART kann das empfangene Signal sauber dekodiert wer-den. Das kleine BASCOM-Programm (Listing 2) lauert ununterbrochen auf das Schlüssel-wort, um dann ein Relais anzusteuern. Das
Relais zieht für 3 Sekunden an und betätigt den Türöffner. Eine Pause von 3 Sekunden verhindert dann, dass der Türöffner zu oft eingeschaltet wird.
Auch für die Platinenherstellung der Sende- und Empfänger-Module stehen Dateien zum simplen Download zur Verfü-gung. —hgb
n Das Sendemodul ist sehr kompakt. n Das Empfangs-Modul mit dem Empfänger in der Mitte.
n Der gemeinsame Schaltplan der Sende- und Empfänger-Module
Mit Hilfe eines Arduino Uno und eines LM35 Temperatursensors wird die Wassertemperatur eines Triops-Aufzuchtbeckens ermittelt und das Wasser bei Bedarf über ein Heizpad aufgewärmt. Ein Raspberry Pi Zero hält mittels Kamera den Zuchtfortschritt fest.
Auf der Suche nach einem Geschenk für meine Nichte und Neffen fiel mein Blick
auf ein Urzeitkrebsaufzuchtbecken. Mein In-teresse für die kleinen Triops-Krebse war ge-weckt und nachdem ich das Becken ver-schenkt hatte, studierte ich Webseiten mit Aufzuchttipps. Die Triops-Krebse gelten als älteste bekannte Tierart der Welt, die sich seit circa 200 Millionen Jahren kaum verändert hat. Damit sind sie sogar noch ein Stück älter als ihre bekannten Verwandten, die Salinenkreb-se, die früher oft der Zeitschrift YPS beigelegt wurden.
Für ihre Aufzucht ist eine konstante Tem-peratur das A und O, aber gerade in den kalten Monaten kann es recht aufwendig sein, die Temperatur mit einer Wärmequelle wie einer Schreibtischlampe über Nacht konstant zu halten. Das muss doch anders gehen, dachte ich mir. Einen Tag später war ich Besitzer mei-nes eigenen Aufzuchtbeckens und das Be-cken-Upgrade konnte starten.
Das durchsichtige Becken hat eine U-Form, die ich ausgenutzt habe, um die Arduino- Steuerung für eine Wasserheizung einzuklem-men. Außerdem habe ich die Aufzucht mit einer Raspberry-Pi-Kamera aufgenommen. Die Heizfolie wird von einem Arduino Uno über einen MOSFET betrieben und die aktu-elle Temperatur mittels eines LM35-Sensors überprüft. Wie warm das Becken gerade ist, steht außerdem auf einer selbstgebauten 7-Segmentanzeige.
Anzeige mit eigenem ShieldFür das Anzeigen von zweistelligen Sensor-daten habe ich mir bereits vor einiger Zeit ein eigenes Shield gebaut. Dazu verwendete ich eine Dual Prototyp Universal PCB Platine (6cm 4cm). Das Board kann von beiden Sei-ten mit steckbaren Bauteilen bestückt werden. Ich habe zwei 7-Segmentanzeigen und die dazugehörige Ansteuerung aufgelötet. Per Multiplexing sorgen zwei Transistoren dafür, dass die Anzeigebausteine im Wechsel den Einer- bzw. Zehnerwert zur Anzeige bringen.
Jede 7-Segmentanzeige besitzt, wie der Name bereits vermuten lässt, mindestens 7 Leucht-Segmente. Nimmt man den Punkt noch hinzu, kommt man sogar auf 8 separat ansteuerbare Leuchtfelder. Bei zwei Ziffern und weiteren Bauteilen wie dem Temperatur-sensor ergeben sich so mehr benötigte Pins, als der Arduino zur Verfügung stellt. Daher setze ich ein Multiplexing-Verfahren ein, bei dem ich Signale für die beiden unterschied-lichen Segmente über den gleichen Pin sende – so schnell, dass das menschliche Auge nicht hinterher kommt. Auf diese Weise reichen mir zehn Arduino-Pins für die Shield-Ansteuerung.
In der Anzeigegruppe habe ich dafür zwei Segment-Bausteine mit gemeinsamer Ka-thode (K) verbaut. Die einzeln ausgeführten
Anoden werden über die Output-Pins des Arduino mit dem Segmentmuster belegt. Jeder Ausgangspin eines Segments ist mit den dazugehörigen Eingangspins beider Seg-ment anzeigen verbunden. Somit sind die Verbindungen beider Bausteine parallel zu-einander angelegt.
Liegt an einem Eingangspin eines Seg-ments nun eine Spannung an, kommt es durch die Verbindung von Kathode zu GND (Masse) zum Stromfluss und damit zum Aufleuchten. Mittels der zwei Transistoren werden die zwei Steuerausgänge der Bau-steine daher immer im Wechsel auf Masse gezogen. Der jeweils gerade aktive Baustein zeigt innerhalb der Aktivierungszeit das Aus-leuchtmuster. Der andere Baustein leuchtet nicht, da ohne Masseverbindung kein Strom-fluss stattfinden kann.
So kommt es, dass bei 21 Grad Celsius der linke Baustein das Muster für die „2“ und der rechte Baustein das Muster für die „1“ anzeigt. Passiert dieser Aktvierungswechsel in einer ausreichend schnellen Frequenz, ist das menschliche Auge nicht in der Lage, das Wech-selspiel wahrzunehmen. Jede LED besitzt auf
Kurzinfo
» Temperaturanzeige mit Arduino Uno, LM35 und 7-Segment-Shield » Aufwärmen des Wassers über ein MOSFET-gesteuertes Heizpad » Regelmäßige Beckenaufnahmen mit Raspi Zero W
ChecklisteZeitaufwand:5 Stunden
Kosten:180 Euro
Programmieren:Arduino- und Python-Grund-kenntnisse
Löten:optional
Mehr zum Thema » Florian Schäffer, Anzeigen am Arduino, Make 4/18, S. 26 » Christoph Goebel, Internet-Radio mit Pi Zero, Make 1/19, S. 38 » Felix Pfeifer, Raspberry Pi einrichten, online
Material » Arduino Uno » Triops-Becken » LM35-Temperatursensor » 12-V-Heizfolie (an 9 Volt betrieben) » MOSFET (IRF520) » DIY-7-Segmentanzeige Arduino Shield » Raspberry Pi Zero W » Pi-Kameramodul V2 » Kunststoffbox 8,5cm × 5,5cm × 3cm » Eine vollständige Liste mit allen Kleinteilen finden Sie online.
der Platine schließlich ihren eigenen Vorwi-derstand. Möchte man die Anzeige um einen dritten Baustein erweitern, benötigt man einen dritten Transistor inklusive Arduino -Steuerpin und muss die Verbindungen anodenseitig ebenfalls parallel und mit eigenen LED-Vorwiderständen ausführen.
An den Seiten habe ich Pinleisten verlötet, über die weitere, abgesetzte Bauteile, Bau-gruppen und Sensoren angeschlossen wer-den können. Auf der Unterseite können die Leisten auf den Arduino Uno gesteckt werden – da die Pinleisten des Arduino nicht ganz zum Raster der Platine passen, musste ich die Pins mit einer Spitzzange noch vorsichtig in Posi-tion biegen.
Neben meiner DIY-Anzeige-Platine gibt es von diversen Herstellern auch 7-Segment-anzeigen, die zum Beispiel mit integriertem Controller über die I²C-Schnittstelle ange-schlossen werden können. Mit einem eigenen Aufsatz-Shield lernt man aber, wie Multi-plexing funktioniert. Außerdem ist es schnell gebaut und individuell anpassbar.
Die Uno-Versorgung erfolgt mittels 9-Volt-Netzteil über den Pin Vin des Arduino, der über das Shield verbunden ist. Der 5-Volt-Pin versorgt den LM35 mit Spannung. Dieser speist seine analogen Signale über den Pin A0 ein. Der Arduino wertet diese Daten aus und steuert über Pin 6 per Pulsweitenmodulation das MOSFET-Board an, welches für die Rege-lung des Heizelements zuständig ist. Die Pins 2, 3, 4, 5, 7, 9, 10, 11, 12, 13 sind für das Anzei-ge-Shield zuständig. Über die Gnd-Pins be-ziehungsweise den Minuspol wird der Strom-kreis geschlossen.
Wasserdichter AufbauIch habe alle zur Schaltung gehörenden Kom-ponenten so verpackt, dass weder ein sorg-loser Wasserwechsel noch das Umkippen des Beckens zum Kurzschluss oder zum Wässern der Platine führen können. Das MOSFET-Mo-dul samt Spannungseinspeisung, Sicherung und Anschlüssen steckt geschützt in einem Kunststoffgehäuse. Aufmerksame Leser ken-nen es von meinem Bürothermometer aus der Make 3/20. Die Schaltung habe ich einfach auf einem Breadboard per Steckverbindern zu-sammengesteckt und das Kästchen zusam-men mit dem Arduino nochmal in einen Ge-frierbeutel gepackt. Zum Glück passte alles in den Raum zwischen den beiden kleinen Be-cken. Auf der Oberseite verkleidete ich die Elektronik noch mit einer beschrifteten Pappe, wobei ich einen Ausschnitt für die beiden An-zeigebausteine anfertigte. Auch eine Lupe zum Vergrößern der Krebse habe ich später daran angeklebt.
Für den LM35 mit seiner kompakten Bau-form, die einem Transistor zum Verwechseln ähnlich sieht, habe ich auch schnell ein was-Schaltplan des Projekts
Aufbau meines Arduino-Shields mit 7-Segmentanzeige
serdichtes Gehäuse gefunden. Ich schnappte mir ein altes Augentropfenfläschchen: In den Schraubdeckel habe ich eine kleine Öffnung gebohrt und die Anschlussverkabelung des LM35 hindurchgeführt. Damit der Sensor in die Flasche passt, habe ich außerdem den Tropfenspender mit einem Cutter-Messer ab-geschnitten. Ein Silikontropfen half später, das verschraubte Fläschchen nach außen hin wasserdicht zu versiegeln. Um zu überprüfen, ob die Temperaturmesswerte trotz des Ge-häuses noch stimmen, habe ich später mit einem Fleischthermometer parallel gemes-sen. Erstaunlicherweise waren die Werte sehr verlässlich und wichen nur selten voneinan-der ab. Zu guter Letzt wählte ich einen stabi-len Aufstellungsort und klebte unten von außen die Beckenfüßchen und das Heizele-ment an.
Bei 9-Volt-Spannungsversorgung und einem 11-Ohm-Heizpad sollte sich bei voller Ansteuerung ein maximaler Heizstrom von 0,82 Ampere ergeben. In der Praxis betreibe ich die Pulsweitenmodulation (PWM) aber nur mit 180, damit sich das Wasser nicht zu schnell erwärmt und die Krebse kocht. So stellt sich nur ein gemessener Gesamtschaltungsstrom von 0,55 Ampere ein und ein 1-A-Netzteil ist ausreichend, wenn es für den Dauerbetrieb ausgelegt ist.
Arduino-ProgrammDas Erfassen der vom LM35-Sensor ermittel-ten Temperatur geschieht über den Analog-pin 0 des Uno. Dieser ist dank eines 10-Bit Analog-Digital-Konverters in der Lage, Ein-gangswerte zwischen 0 und 5 Volt in Dezi-malwerte von 0 bis 1023 umzuwandeln. Dabei bedeutet ein Grad Temperaturveränderung
einen Anstieg der Spannung um 10 Millivolt. Um die Spannungswerte in Grad Celsius um-zurechnen, dividiere ich sie zunächst durch den Maximalwert 1023. Anschließend multi-pliziere ich sie mit der Maximalspannung von 5 Volt. Die Ergebnisse vervielfache ich im Programm noch um den Faktor 100, da der Sensor ja in 10-Millivoltschritten misst.So sieht die Funktion aus:
float TemperaturCelsius(){
float AD_Wert = analogRead(lmPin);
float Prozent = AD_Wert/1023.0;
float Volt = Prozent*5.0;
return 100.0*Volt;}
Vor dem Einbau habe ich die Schaltung bereits zusammengesteckt und getestet.
Die Temperaturen übergebe ich an eine An-zeigefunktion, die die Einerstelle von der Zeh-nerstelle trennt:
void anzeige(int wert){
byte einer, zehner;
zehner = int(wert / 10);
einer = wert - zehner * 10;
Die jeweils zugehörige 7-Segmentanzeige wird mit Hilfe des korrespondierenden Transistors angesteuert (Pin 2 und Pin 9) und das passen-de LED-Byte-Segmentmuster ausgegeben. Die sieben Segmente sind dafür wie folgt aufge-teilt: Der obere Strich an Pin 3 (Bit 0), die oberen Senkrechten an Pin 7 (Bit 1) und Pin 4 (Bit 2), der mittlere Strich an Pin 5 (Bit 3), die unteren Senk-rechten an Pin 11 (Bit 4) und Pin 12 (Bit 5) und schließlich Pin 10 (Bit 6). Der Punkt kommt nicht zum Einsatz (Pin 13, Bit 7). Jedes Segmentmus-ter repräsentiert dann eine Ziffer.
Heizelement ansteuernIn der Sketch-Hauptschleife fällt die Entschei-dung darüber, ob und wie stark das Heizpad das Wasser aufwärmen muss. Meine Tri-ops-Art fühlt sich in der Aufzuchtphase bei 23 bis 26 Grad Celsius pudelwohl. Durch meh-rere Testläufe ohne Tierchen kam ich zu dem Schluss, dass sechs verschiedene Heizstufen genügen sollten: Nach einem Wasserwechsel muss das Becken zügig, aber nicht zu schnell, aufgewärmt und im Normalbetrieb auf kon-stanter Temperatur gehalten werden. Das destillierte Wasser, mit dem ich das Becken fülle, hat dabei meist eine Temperatur von 18 Grad.
Die Werte der PWM-Ausgabe können zwi-schen 0 und 255 liegen und werden von Pin 6 an den MOSFET ausgegeben. Hier hätte ich die Leistungsstufen auch berechnen können, aber habe mich auf die Erfahrung aus meinen Probeläufen verlassen. Als höchsten Wert nutze ich 180, um das Wasser aufzuheizen, wenn es unter 18 Grad warm ist. Der PWM-Wert wird dann in Fünfer-Schritten auf bis zu 165 heruntergeregelt, sobald höhere Tempe-raturen erreicht werden. Zwischen 23 und 26 Grad heizt die Folie nur noch etwas nach, da-rüber hinaus gar nicht mehr. Insgesamt dauert das Aufheizen so zwischen 30 Minuten und einer Stunde, je nach Außen- und Wasser-temperatur.
Zeitgesteuerte FotosUm von meinen Triops-Krebsen regelmäßig Bilder aufnehmen zu können, platzierte ich einen Schwenkarm mit Pi Zero und passender Kamera über dem Becken. Ein Cronjob sorgt dafür, dass mein kleines Python-Skript alle 15 Minuten Aufnahmen macht und diese auf
Die Elektronik passt in den Beckenzwischenraum, das Heizelement habe ich daneben angeklebt.
Überprüfung der gemessenen Temperatur mit einem Fleischthermometer
Temperaturstufen01 void loop(){02 int temperatur = (int)TemperaturCelsius()+.5;03 Serial.println(temperatur);04 if ((temperatur > 14) and (temperatur < 18)){05 heizung_stufe_6();06 Serial.println("HS6");07 }08 else if ((temperatur > 17) and (temperatur < 21)){09 heizung_stufe_5();10 Serial.println("HS5");11 }12 else if (temperatur == 21){13 heizung_stufe_4();14 Serial.println("HS4");15 }16 else if ((temperatur == 22) or (temperatur == 23)){17 heizung_stufe_3();18 Serial.println("HS3");19 }20 else if ((temperatur > 23) and (temperatur < 25)){21 heizung_stufe_2();22 Serial.println("HS2");23 }24 else if ((temperatur > 24) and (temperatur < 26)){25 heizung_stufe_1();26 Serial.println("HS1");27 }28 else{29 heizung_stufe_0();30 }31 void heizung_stufe_0(){32 analogWrite(PwmPin, 0);33 }34 void heizung_stufe_1(){35 analogWrite(PwmPin, 100); 36 }37 void heizung_stufe_2(){38 analogWrite(PwmPin, 140); 39 }40 void heizung_stufe_3(){41 analogWrite(PwmPin, 165); 42 }43 void heizung_stufe_4(){44 analogWrite(PwmPin, 170);45 }46 void heizung_stufe_5(){47 analogWrite(PwmPin, 175);48 }
einer Speicherkarte sichert, über die ich per Samba-Netzwerkfreigabe zugreifen kann.
Auf dem Raspi nutze ich die aktuelle Ver-sion von Raspbian Lite, das wenig Platz auf der Speicherkarte in Anspruch nimmt, da es keine Desktop-Oberfläche besitzt. Nach dem Ent-packen des heruntergeladenen Images be-nutzte ich den Win32 Disk-Imager unter Win-dows und installierte das Betriebssystem auf eine 16GB Micro-SD-Karte. Eine ausführliche Anleitung zur Installation und weiteren Ein-stellungsmöglichkeiten finden Sie online (siehe Download-Link).
Auf der Boot-Partition habe ich eine leere Datei ssh ohne Dateiendung angelegt, um den Zugang per SSH zu aktivieren. Eine zweite Datei mit dem Namen wpa_supplicant.conf enthält die passenden WLAN-Einstellungen, um sich nach dem Erststart sofort mit meinem Netzwerk verbinden zu können. Schließlich steckte ich die Speicherkarte in den Kartenslot des Raspberry Pi und verstaute ihn mit an-geschlossener Kamera in einem Pi-Zero-Ge-häuse. Nach dem ersten Starten stellte der Zero W eine Verbindung zu meinem Netzwerk her. Auf den neuen Netzwerkteilnehmer kann ich nun mit dem Programm Putty zugreifen. Der Hostname ist anfangs raspberrypi, der Benutzername ist pi und das Passwort lautet raspberry.
Via SSH verbunden landet man direkt im pi-Heimverzeichnis. Dort benötigte ich zwei neue Ordner, pictures und scripts. Ich legte sie über das Putty-Terminalfenster mit dem Be-fehl mkdir -p pictures scripts an. Ein sudo apt update und sudo apt upgrade brachte den Pi auf den neusten Stand und ein sudo apt-install python3-picamera installierte die aktuelle Python-Kameraanbindung. Das Aufnahme-Script für Videos und Fotos (make_picture.py) erstellte ich im Unterordner scripts mit nano ~/scripts/make_picture.py. Das
Skript lädt die Python-Pakete picamera und time und nimmt erst ein Foto und anschlie-ßend ein 10-sekündiges Video auf. Die Dateien werden im Ordner pictures gespeichert und jeweils mit einem Zeitcode versehen.
Damit ich die Aufnahmen später bequem vom PC aus ansehen und herunterladen konn-te, installierte und konfigurierte ich den Raspi als Samba-Server (eine ausführliche Erklärung und die vorbereitete Konfigurationsdatei fin-den Sie online, siehe Kurzinfo).
sudo -s apt install samba
cd /etc/samba
mv /etc/samba/smb.conf /etc/samba/smb.conf.org
grep -Ev '^#|^;|^$' smb.conf.org > smb.conf
Nach dem Einrichten startete ich den Pi und damit den Samba-Service neu. Zuletzt mach-te ich mich an die crontab-Datei, damit der Pi mein Aufnahme-Skript alle 15 Minuten aus-führt. Ich fügte die folgende Zeile mittels sudo nano /etc/crontab am Ende der Datei an:
0,15,30,45 * * * * pi /home/pi/scripts/make_picture.py
Schließlich aktivierte ich die Pi-Kamera mit dem Terminalbefehl raspi-config. Da meine
offizielle Raspberry Pi V2 Kamera das bekann-te Fokusproblem hatte, nutzte ich eine alte Kreditkarte, um die Fokussierung anzupassen - eine Anleitung dazu finden Sie online (siehe Downloadlink). Danach konnte ich die Triops-krebse mit vielen Bildern und Videos beim Aufwachsen beobachten.
ErweiterbarkeitMein Triopsbecken verfügt über drei Bereiche, die mit kleinen Wänden voneinander abge-trennt werden können. Bestimmt ließen sich auch alle drei Bereiche individuell überwa-chen und beheizen. Dazu wären mehr Tem-peratursensoren und Heizpads nötig, als ich bisher installiert habe. Außerdem sollte man dann die Heizströme im Auge behalten und das Netzteil entsprechend wählen.
Schließlich noch ein Hinweis zur Krebshal-tung: Jedes Haustier, und sei es noch so klein, bedeutet Verantwortung. Triops-Krebse sind zwar keine Katzen oder Hunde, aber auch sie benötigen regelmäßig Licht, Futter, eine ge-eignete Umgebung sowie hin und wieder einen Wasserwechsel. All das sollte man bedenken, wenn man seinen Kleinen solch ein Becken als Geschenk macht. Erreichen die fleißigen Schwimmer ein Alter von zwei bis drei Monaten, hat man ganze Arbeit geleistet. —hch
E igentlich ist Astronomie mein Hobby, aber momentan komme ich arbeitsbedingt,
aufgrund des Hausbaus und letzten Endes wegen meiner Tochter, der kleinen Ideenge-berin für dieses Projekt, nicht wirklich zum „Spechteln“, wie die Himmelsbeobachtung unter Astronomiebegeisterten oft genannt wird. Neben der Astronomie beschäftige ich mich jedoch auch – letzten Endes wegen dem Hausbau und auch beruflich – mit Mikrocon-troller-Spielereien.
Nun ist es so, dass – ohne mein Zutun – unsere kleine Maus total fasziniert vom Mond war und teilweise noch ist. Ein Buch mit dem Titel „Der kleine BUH und der große Mond“ von Paloma und Ulises Wensell hat mich dann auf die Idee gebracht, meine MoPhA zu bauen, die auch bei bewölktem Himmel oder sehr spätem Mondaufgang stets zeigt, in welcher Phase der Mond ist.
Das KonzeptAm Anfang stand ich vor der Wahl, eine Dreh-scheibe mit den Mondphasen – ähnlich eines
Chronographen mit Mondphasenanzeige – und entsprechendem Drehmechanismus zu bauen oder das ganze einfach mit einer Illu-mination verschiedener Bildchen der Mond-phasen zu machen . Aufgrund der leichte-ren Umsetzbarkeit wurde es die zweite Variante.
Da die Konstruktion energiesparend sein sollte und um eine zusätzliche Hitzeentwick-lung zu vermeiden, kamen zur Beleuchtung nur LED-Module in Frage. Zudem sollte die Anzeige zeitlich begrenzbar sein. Daher wird momentan mittels einer Zeitschaltuhr die MoPhA nur zwischen sechs Uhr und acht Uhr morgens sowie zwischen 18 Uhr und 21 Uhr eingeschaltet; eine mögliche Erweiterung ist, den Einschaltzeitpunkt mit dem Mondauf-gang zu koppeln. Die Bauzeit betrug etwas über einem Monat, da ich immer nur abends ein bis zwei Stunden arbeiten konnte, wenn mein Töchterchen bereits im Bett war.
Der Aufbau war damit eigentlich weitest-gehend klar, als Basis sollte ein kundenspezi-fisch gefertigter Bilderrahmen mit Fotos der Mondphasen dienen. Aufgrund der leichten
von Alexander Wankerl
Es ist nie zu früh, den Nachwuchs für Astronomie zu interessieren. In meinem Fall mündete die akute Mondbegeisterung meiner Tochter darin, dass ich für die Wand eine leuchtenden Mondphasenanzeige baute, kurz MoPhA (sprich: Mofa) genannt.
Die Mondphasenanzeige
n Eine Auswahl der verwendeten Baumateriali-en – es wurde viel wiederverwendet, was beim Hausbau so anfiel.
Verfügbarkeit entschied ich mich, neun Bilder auf drei Fotos zu je 30cm × 20cm aufzuteilen, das fertige Motiv hätte somit Abmessungen von 90cm × 20cm. So sieht es zumindest in der Theorie aus – da die Fotos aber immer ein wenig größer sind, ergab sich am Ende ein Maß von 91,5cm × 20,3cm. Für den restlichen Korpus wurden weitestgehend Restmateria-lien aus dem Hausbau verwendet: Styrodur aus Dämmelementen, Verpackungsmaterial der Dachziegel, Spachtelmasse, Montagekle-ber, Leerrohrabschnitte und anderes .
Der UnterbauAls erstes prüfte ich die Anordnung der einzel-nen Komponenten durch bloßes Positionieren auf den Styrodurelementen. Danach wurden die obere und untere Aufnahme der Elektronik (Stromversorgung, Relais-Module, Entwickler-board) zur Aufnahme der Gerätschaften vor-bereitet, das heißt, die Aussparungen aus-geschnitten beziehungsweise -gekratzt , nicht unbedingt die schönste Arbeit. Anschlie-ßend ging es an den 6cm dicken Hauptkörper und die Aussparungen für die LED-Module. Diese sind bis auf die drei roten am hinteren Ende platziert um eine möglichst gleichförmi-ge Ausleuchtung zu erzielen . Als Reflekto-ren kam einfach Alufolie zum Einsatz, die LED-Module wurden in G4-Fassungen ge-steckt, die wiederum durch kurze Kabel-isolierungen (auch vom Hausbau übrig) fixiert wurden – insgesamt eine etwas knifflige An-gelegenheit.
Die Kabellage verläuft weitestgehend in ausgeschnittenen Rinnen . Die Ziel-setzung dieses Aufbaus war es, die Zugäng-
lichkeit für spätere Modifikationen oder Repa-raturen zu erhalten. Daher sind auch die schwarzgrauen Verblendungen nur mittels Klettbändern fixiert. Bei dem zylinderförmi-gen Teil der Konstruktion handelt es sich um die Kappe einer PU-Schaumdose, die Ersatz-teile (2× 3-LED-Modul, 1× 6-LED-Modul und
G4-Fassung) beinhaltet. Die Abdeckungen des Entwicklerboards, der Relaismodule und der Stromversorgung wurde durch eine halbierte Eisverpackung umgesetzt, welche mit schwar-zer Folie beklebt wurde. Die restliche Däm-mung wurde durch Überbleibsel der Dach-ziegelverpackung verkleidet.
Kurzinfo
» Beleuchtetes Wandbild zur Mondphasenanzeige » ESP32-Modul zur Steuerung » Ermittlung von Mondalter und Finsternisanzeige
Checkliste
Zeitaufwand: 30 bis 40 Stunden
Kosten:90 bis 110 Euro
Löten:einfache Lötarbeiten, Litze und LEDs in Rasterplatinen einlöten
Programmieren:mit der Arduino-IDE
Material » Die vollständige Materialliste gibt es online (siehe Link)
Die BilderAm genauesten musste der Rahmenrücken aus MDF bearbeitet werden: Hier wurden Ko-pien der Fotos als Schablonen verwendet, um die Silhouetten der Mondbilder genaues-tens ausschneiden zu können, damit später auch wirklich nur der Mond auf den Bildern leuchtet. Dies erfolgte mittels einer Laubsäge und klappte bis auf die abnehmende Sichel, bei welcher ich durch schwarze Folie Fehler korrigieren musste, auch sehr gut. Ein nettes Detail beinhaltet die obere Abdeckung für den ESP32: Das Board und die LEDs, welche Power On (rot) und bestehende WLAN-Verbindung (blau) anzeigen, sind durch eine transparente Acrylscheibe von oben sichtbar .
Die ElektronikAls elektronische Bauteile kamen neben den bereits erwähnten LED Modulen (6×3 LEDs, 40lm, 0,5W, 3000K und 3×6 LEDs, 80lm, 0,9W, 3200K) auch noch 3 rote LEDs (100lm, diffus)
zur Anzeige einer Mondfinsternis zum Einsatz, ebenso zwei Relaismodule (einmal 8-Kanal und einmal 2-Kanal) sowie das eben schon erwähn-te ESP32-WLAN/BT-Mikrocontrollerboard und diverse Steckbrücken sowie Adapterkabel. Die Stromversorgung erfolgt durch ein 12V/2A Standardsteckernetzteil. Prinzipiell besteht auch über einer USB-Buchse auf der Rückseite die Möglichkeit, ein Smartphone oder kleines Tablet zu laden, jedoch ist der Ladestrom auf lediglich 200mA oder weniger begrenzt. Dar-über hinaus führt der Anschluss eines zusätz-lichen Verbrauchers zu Instabilitäten.
Das exakte Mondalter (siehe auch Kasten) kann zudem über Bluetooth abgerufen wer-den. Zwar unterstützt das ESP32 sowohl WLAN als auch Bluetooth, jedoch habe ich hier mit dem HC-05 ein weiteres Modul verwendet, welches lediglich als Serial-to-Bluetooth -Schnitt stelle fungiert. Über eine entsprechen-de App (Bluetooth Serial Terminal oder etwas ähnliches) kann das Mondalter einfach auf dem Tablet oder Handy ausgelesen werden. Ursprünglich sollte mit dem AT-09 ein BLE-Mo-
dul zum Einsatz kommen, um den Strombe-darf niedrig zu halten. Allerdings war dieses mit meinem Android-8.0-Tablet nicht kom-patibel, so wurde es Bluetooth Classic. Der Mehrbedarf an Strom machte allerdings ein weiteres Stromversorgungsmodul notwendig. Der komplette Aufbau kann dem Schalt-plan entnommen werden, wer eine Ver-drahtungsdarstellung von Fritzing bevorzugt, findet die ebenso online zum Download wie die beiden Versionen meiner Firmware.
Die FunktionDas anfängliche Funktionsprinzip der MoPhA mit der ersten Firmwareversion war dabei wie folgt: Das ESP32-Board ist mit dem haus-internen WLAN verbunden und ruft über einen GET-Befehl die Seite https://www.astronomie.de/der-himmel-aktuell/ auf. Der Inhalt der Webpage wird nach dem String, welcher das Mondalter angibt, durchsucht und je nach Alter das entsprechende LED-Modul via Relais ge-schaltet. Rund um Neumond bleiben die Lich-ter bis auf die oben erwähnte orange Signal-leuchte aus. Falls eine Mondfinsternis auftritt (egal ob partiell oder total) werden statt des 6-LED-Moduls die drei roten LEDs aktiviert .
Allerdings gab es auf der oben genannten Seite zwischenzeitlich einen Bug und der ent-sprechende Subframe mit dem Mondalter war nicht mehr auffindbar (das wurde mittlerwei-le korrigiert). Da ich nicht bis zur Behebung des Problems warten wollte, entschied ich mich kurzerhand, die Programmierung abzu-ändern: Nunmehr lässt sich der ESP32 von einem NTP-Zeitserver das aktuelle Datum durchgeben und berechnet mittels des Julianischen Datums (siehe Kasten) direkt das Mondalter . Der Algorithmus gibt momen-tan nur einen genäherten Wert aus, jedoch hat diese Version einen entscheidenden Vorteil: Der Sketch läuft wesentlich schneller und das System darüber hinaus stabiler. Das Durch-suchen des HTML-Strings nach dem Zielbegriff und das Auslesen des Mondalters beanspruch-te eben doch deutliche Systemresourcen. Daher bleibt der Sketch erst mal so bestehen und ich schwenke nicht zur ersteren Version über, sondern optimiere eventuell noch den Algorithmus, um einen genaueren Wert für das Mondalter zu erhalten.
Der FeinschliffDarüber hinaus wurde die Abfrage der Mond-finsternis präzisiert: In der ursprünglichen Ver-sion war ich davon abhängig, dass eine Mond-finsternis auf der Hauptseite angekündigt wurde, eine Boolesche Variable würde beim Auffinden des Begriffs „Mondfinsternis“ auf TRUE gesetzt und der Vollmond rot illuminiert. In der neuen Version wird das Datum mit einer Liste zukünftiger Mondfinsternisse (bis zum Jahr 2050) abgeglichen und nur bei Überein- n Kompletter Korpus ohne Bilder von vorne gesehen – hier sieht man die Kabelrinnen.
n Hier sind die Alureflektoren und die roten LEDs für die Mondfinsternisanzeige zu sehen.
stimmung das Bild rot beleuchtet. Zwar wird hier auch keine Unterscheidung zwischen Halbschatten-, partieller und totaler Finsternis unternommen, jedoch bin ich unabhängig (bis auf die Datums- und Zeitabfrage mittels eines NTP-Servers) von externen Datenquellen und deren Funktionstüchtigkeit.
Natürlich gab es während der Entwicklung auch eigene Bugs, die teilweise erst im Betrieb auffielen: So vergaß ich zunächst bei der Erst-
version, einen Abschaltbefehl für die voran-gegangene Leuchtphase einzuplanen, was zu dem netten Effekt von zwei gleichzeitig be-leuchteten Mondphasen führte . Ein weite-res Problem struktureller Natur stellte die Stromversorgung des ESP32 dar. Zunächst dachte ich, dass eine direkte 3,3V-Einspeisung ausreichend sein sollte. Jedoch zeigten sich hier deutliche Instabilitäten. Ein Umschwen-ken auf 5V und Verwendung des Board-eige-
nen DC/DC-Wandlers behob dieses. Kniffliger war hier bei der zweiten Version die Tatsache, dass trotz anstehender Mondfinsternis (Halb-schattenfinsternis am 5. Juni 2020) das Voll-mondbildchen nicht rot werden wollte. Zwar wurde die Mondfinsternis korrekt erkannt, jedoch hatte ich innerhalb der if-Schleife ein break vergessen, so dass die übergeordnete for-Schleife durchlief und den Boolean-Wert wieder auf FALSE setzte.
n Der Korpus in der linken … n … und der rechten Rückansicht.
n In die Rückwand hinter den Bildern werden Löcher in Form der Mondphasen geschnitten, damit auf den Bildern später nur der jeweilige Mond von hinten beleuchtet ist.
n Kompletter Korpus mit Verkleidung und Sichtfenster für den ESP32
Das Julianische Datum
Das Julianische Datum (in allen Spra-chen abgekürzt JD für englisch Julian Date) ist eine in den Naturwissenschaf-ten, besonders der Astronomie, ge-bräuchliche Tageszählung. Die Zählung erfolgt in Tagen und Tagesbruchteilen , die seit dem 1. Januar des Jahres −4712 (4713 v.Chr.), 12:00 Uhr UT (Universal Time) vergangen sind. Dass dieses als Jahr 1 der Julianischen Periode mit ih-rerseits einer Länge von 7980 Jahren gewählt wurde, hat seine Ursache darin, dass hier gemeinsam ein neuer Durchlauf der traditionell drei wichtigs-ten Zyklen der Kalenderrechnung be-gann: Des 28-jährigen Sonnenzyklus, nach dem etwa das Osterdatum be-rechnet wird, des dafür ebenfalls wich-tigen 19-jährigen Mondzirkels und des 15-jährigen Zyklus der Indiktion (einer Jahreszählung aus der Antike).
Zum Beispiel war der 8. August 2020 um 12:28 Uhr MESZ (Mitteleuropäischer Sommerzeit) das Julianische Datum 2459069.93611 (und nebenbei der 39ste Geburtstag des Autors).
Eine Bestätigung, dass die Korrektur erfolg-reich war, erhielt ich bei der Halbschattenfins-ternis am 5. Juli 2020. Zunächst dachte ich bei der überraschenderweise roten Vollmond-scheibe abermals an einen Bug, da ich diese Finsternis nicht im Kopf hatte. Schon wieder eine? Hat sich die MoPhA um einen Monat geirrt? Ist der Sketch etwa wieder fehlerhaft? Nichts davon, ein Blick in mein astronomisches Jahrbuch belehrte mich eines Besseren – die MoPhA hatte recht und funktionierte tadellos. Die Finsternis gab es, aber sie war nur in Nord- und Südamerika zu sehen.
AusblickZukünftige Erweiterungen könnten eventuell weitere Ansteuerungsmöglichkeiten via Blue-tooth etwa für Testläufe oder ein Lernpro-gramm sein oder das zeitgesteuerte Ein- und Ausschalten der MoPhA gemäß der Auf- und Untergangszeiten des Mondes. Doch, wie heißt es so schön – never change a running system. Leider zeigt die kleine Ideengeberin (zumindest momentan) wieder geringeres Interesse am Mond, jetzt sind eher die Raum-fahrer und deren Anzüge interessant. Aber vielleicht ändert sich das ja genau so schnell wieder wie die Mondphasen. —pek
Mondlauf und Mondalter
Bekanntlich benötigt der Mond fast 30 Tage, um einmal die Erde zu umrunden – diese Zeitspanne kennen wir als Monat. Leider hat der Mond keine Um-laufzeit von genau 30 Tagen, sondern eigentlich sogar zwei unterschiedliche: die siderische Umlaufszeit von 27,32 Tagen und die synodische Umlaufszeit von 29,53 Tagen. Erstere nimmt als Be-zugspunkt einen Fixstern, letztere be-zeichnet die Spanne von Neumond zu Neumond und definiert unseren Monat. Das Mondalter bezeichnet die Zeitspanne, welche seit dem letzten Neumond verstrichen ist und folgt hierbei der synodischen Umlaufszeit.
Ein Mondjahr hat demnach zwölf mal 29,53 = 354,36 Tage und ist damit rund elf Tage kürzer als das eigentliche Ka-lenderjahr, welches sich wie die sideri-sche Umlaufzeit des Mondes nach den Fixsternen richtet. Diese elf Tage bezie-hungsweise zwölf Nächte sind gemein-hin als „die Zeit zwischen den Jahren“ oder auch als Rauhnächte bekannt.
n Rote Illumination des Vollmonds anlässlich der partiellen Mondfinsternis vom 16. Juli 2019
Die IR-Sendediode strahlt Richtung Sichtfenster Die Seife wird von nach hochgepumpt. +6 2
+1+2+3+4+5+6
Behälter mit Flüssigseife
Ausgabe der Flüssigseife
IR Sendediode
IR-Empfänger hinter Sichtfenster
Transport-Kanal für Seife
Eintrittsö�nung für Seife aus dem Behälter
Für knapp 7 Euro ist ein batteriebetriebener automatischer Seifen-spender mit Bewegungssensor erhältlich, der erstaunlich gut ohne Tropfen und Kleckern funktioniert. Wir haben reingeschaut.
Der hier gezeigte Seifenspender wird unter dem Namen Sagrotan No Touch vermark-
tet. Die benötigten zwei Mignon-Batterien sowie 250ml Flüssigseife sind bereits im Liefer-umfang enthalten. Erhältlich sind die Sets mit unterschiedlichen Duftnoten ab 6,95 Euro in Drogeriemärkten, Apotheken und im On-line-Versandhandel. Trotz des geringen Preises steckt in dem kleinen Gerät erstaunlich viel Technik.
Der Seifenbehälter wird kopfüber mit dem Deckel nach unten in das Gerät einge-steckt, bis er mit einem leichten Klicken hörbar einrastet. Die Seife wird über eine Öff-nung am Ausleger des Gehäuses direkt in die darunter gehaltene Hand gepumpt. Um eine berührungslose Auslösung zu ermögli-chen, sendet die Infrarot-Sendediode zyk-lisch Infrarot-Impulse aus. Diese treffen nor-malerweise auf einen IR-Empfänger , der sich hinter dem tropfenförmigen Sichtfenster befindet.
Sobald man jedoch eine Hand unter die Ausgabeöffnung des Seifenspenders hält, wird der IR-Strahl unterbrochen und dies dann von der Elektronik erkannt. Dadurch wird der Motor gestartet, der über Zahnräder die Pumpe antreibt. Diese transportiert über einen Transport-Kanal die durch die Ein-trittsöffnung angesaugte Seife nach oben bis zur Austrittsöffnung.
Eines der Zahnräder betätigt nach einer vol-len Umdrehung einen Mikroschalter, in dessen Folge der Motor stoppt . Auf diese Weise wird eine definierte Seifenmenge abgegeben. Der Mechanismus funktioniert in der Praxis sehr gut und sauber, es tropft nichts nach.
Auf der Steuerplatine befindet sich ein Mi-krocontroller mit 8 Pins, leider ohne Aufdruck auf dem Gehäuse. Daher wird man ihn kaum für andere Zwecke benutzen können. Der Platz reicht aber für andere Controllerplatinen aus.
Die Elektronik wird direkt mit der 3V-Batte-riespannung aus den beiden Mignon-Zellen versorgt. Vor dem Wechsel des Seifenbehälters sollte man den Ausschalter betätigen, damit während des Austauschs nicht aus Versehen ein Trigger-Impuls ausgelöst wird.
Im Grunde enthält der Seifenspender viele Bauteile, die auch für den berührungs- losen Handwasch-Timer aus der Make 3/20 (ab Seite 68) nötig sind. Da bietet sich an, beides zu kombinieren. Noch verlockender wird dies, wenn man das herstellerseitig nicht vorgesehene Nachfüllen des leeren Seifen-behälters durch einen kleinen Umbau eines leeren Behälters nachrüstet. Dann kann man sogar die persönliche Wunsch-Flüssigseife verwenden. Die genaue Vorgehensweise ist im Artikel „Berührungsloser Seifenspen- der mit Handwasch-Timer“ ab Seite 92 be-schrieben. —hgb
í make-magazin.de/xxz8
n Der Motor (links) treibt über Zahnräder die Pumpe an. Sie saugt über das mittlere Rohr die Seife an und gibt sie über den Schlauch wieder von sich. Der Mikrocontroller sitzt zusammen mit dem Mikroschalter zur Erkennung einer Zahnradumdrehung auf einer kleinen Platine.
Den (Handwasch-)Timer mit berührungslosem Schalter aus Heft 3/20 halten wir für eine sehr gute Idee. Damit jedoch auch die Seife ohne Viren-Übertragungsmöglichkeit entnommen werden kann, stellen wir hier unseren Erweiterungsvorschlag vor.
N icht nur im Bad und zu Corona-Zeiten, auch in der Küche ist ein berührungsloser
Seifenspender oft Gold wert, da man dort beim Kochen und Backen meistens ziemlich klebrige Hände hat und somit dann eine Ver-schmutzung des Seifenspenders vermeiden kann. Und wenn dann während des Timer-countdowns noch Musik abgespielt wird, sorgt das Händewaschen gleichzeitig auch noch für gute Laune.
Seifenspender aus der Drogerie
Wir verwenden einen batteriebetriebenen Seifenspender, der für 6,99€ (mit Batterien und 250ml Seife) unter der Bezeichnung Sagrotan No Touch in Drogerien erhältlich ist (siehe Rein-geschaut auf Seite 90). Es gibt mehrere Aus-führungen mit unterschiedlichen Seifen-Duft-noten sowie eine spezielle Kids-Edition, die aber alle baugleich sind. Der Seifenspender verfügt bereits über entsprechende Sensorik, um berührungslos Seife entnehmen zu kön-nen. Die benutzen wir statt des im Artikel in Heft 3/2020 beschriebene Näherungssensor-moduls, sodass der Handwasch-Timer auto-matisch startet, sobald Seife entnommen wird. Außerdem verwenden wir ein MP3-Player-Mo-dul, das ebenfalls durch den Sensor gesteuert, Musik abspielt.
Gerät öffnenZum Öffnen des Seifenspenders schalten wir zuerst das Gerät über den Schalter auf der Rückseite aus, damit beim Hantieren nicht der Motor versehentlich gestartet wird. Außerdem entfernen wir einen eventuell bereits einge-setzten Seifenbehälter.
Danach nehmen wir das komplette Unter-teil ab, darunter kommen die Batterien zum Vorschein. Die drei nun sichtbaren Schrauben werden entfernt.
Anschließend nehmen wir das Plastikteil oberhalb der Seifenöffnung ab. Dieses ist mit Rastnasen geklipst und muss vorsichtig mit Fingernagel und einer kleiner Schraubendre-herklinge abgehebelt werden.
Darunter ist die Infrarot-Sendediode zu sehen. Die dort angeschlossenen Litzen (grün und orange) löten wir ab (Polung merken!) und entwirren die Kabelschlaufe . Nun kön-nen wir das Innenleben als komplette Einheit inklusive der beiden Litzen vorsichtig von unten am Batteriefach herausziehen.
UmbaumaßnahmenAuf der Platine sitzt ein Mikroschalter, der über eine Kunststoffnase auf dem danebenliegen-den Zahnrad betätigt wird und so pro kom-pletter Umdrehung einmal ausgelöst wird. Die beiden äußeren Pins liegen an GND, der mitt-lere Pin ist an einem Eingangspin des Mikro-
Kurzinfo
» Handwasch-Timer mit Seifenspender steuern » Timer-gesteuerte Musik-Wiedergabe mit MP3-Player » Seifenspender mit beliebiger Seife nachfüllen
ChecklisteZeitaufwand:ein bis zwei Stunden
Kosten:etwa 25 Euro
Löten:Litze an Kontaktstifte löten
Programmieren:Arduino-IDE
Material » Arduino Uno oder kompatibles Board » Multifunction-Shield » Seifenspender Sagrotan No Touch » Soundmodul DFPlayer Mini » Widerstand 1 Kiloohm » Micro-SD-Speicherkarte » Lautsprecher 8Ω, 0,5 W » Steckernetzteil 9V, 1000mA, 5,5mm Hohlstecker » Schaltlitze 0,14mm² » Isolierband
Mehr zum Thema » Den Artikel „(Handwasch-)Timer mit berüh-rungslosem Schalter“ finden Sie in Make 3/20 ab Seite 68. » Informationen zum Display erhalten Sie im Artikel „Multi-Function-Shield“ in Make 2/18 ab Seite 74.
n Zuerst das Gerät ausschalten
Alles zum Artikel im Web unter make-magazin.de/xc1s
controllers angeschlossen. Im Ruhezustand liegt dort ein HIGH-Pegel (3V) an. Sobald der Seifenspender ausgelöst wird, wechselt der Pin kurzzeitig auf LOW. Dies verwenden wir zur Triggerung des Arduinos im Handwasch-Timer, der an den Eingangspins bereits ab einer Span-nung von 3V einen HIGH-Pegel erkennt. Wir müssen nur zwei zusätzliche Litzen am äuße-ren und mittleren Pin des Mikroschalters an-löten und nach außen führen. Am besten eignet sich ein dünnes Flachbandkabel mit einer markierten Ader, das dann einfach beim späteren Aufdrücken des Batteriefachdeckels eingeklemmt wird.
Anschließend schieben wir die Einheit wie-der ins Gehäuse und führen die grüne und orange Litze wieder nach oben Richtung IR-Sendediode. Nach dem Verschrauben der Einheit werden die Litzen wieder richtig gepolt an die Sendediode gelötet und die Plastikab-deckung aufgeklipst. Danach kann der Batte-riefachdeckel wieder aufgedrückt werden,
wobei das Flachbandkabel leicht eingeklemmt und nach außen geführt wird.
Anschluss am Hand-wasch-Timer
Die beiden herausgeführten Adern des Flach-bandkabels schließen wir auf dem Multifunc-tion-Shield statt des Näherungssensormoduls an der Stiftleiste ~5 an (GND links, Signal rechts) . Am Arduino-Sketch brauchen wir zunächst nichts zu ändern, da dort auf eine HIGH-LOW-Flanke am Pin 5 gewartet wird.
Für einen ersten Funktionstest ohne Seifen-behälter schalten wir den Seifenspender ein und versorgen den Arduino per Netzteil mit Strom. Sobald wir die Hand unter die Öffnung des Seifenspenders halten, sollte der Motor zu hören sein und der Timer-Countdown auf der Siebensegmentanzeige des Timers starten. Nach erfolgreichem Test setzen wir den Seifen-behälter mit dem Deckel nach unten ein (ein-
rasten lassen!). Beim ersten Mal sind drei bis vier Auslösungen notwendig, bevor Seife aus dem Spender herauskommt.
Nachfüll-SperreDer Seifenbehälter auf dem Spender ist nicht dafür vorgesehen, ihn zu öffnen und nachzu-füllen. Man soll halt Ersatzseife nur vom Her-steller kaufen. Aber Maker finden eine Lösung und können so vom günstigen Kaufpreis des Geräts profitieren. Nach einem kleinen Umbau kann man auch seine persönliche Wunsch-Flüs-sigseife nachfüllen.
Der Seifenbehälter-Deckel ist nicht per Hand aufzukriegen, da zwei Kunststoffnasen dies ver-hindern . Durch Erwärmen des Deckels wer-den die Haltenasen jedoch weich, sodass sich der Deckel mit ein wenig Kraftaufwand auf-schrauben lässt. Man kann entweder den De-ckel kurz in ein Gefäß mit heißem Wasser ein-tauchen oder ihn mit einem Heißluftgebläse
GND
Signal
n Am Mikroschalter wird ein zweiadriges Flachbandkabel angelötet.
n Das Flachbandkabel des Seifenspenders wird am MFS angeschlossen.
n Die beiden Plastiknasen werden mit einem Seitenschneider abgezwickt. n So werden der MP3-Player und der Arduino verbunden.
n Die beiden Litzen an der IR-Sendediode müs-sen abgelötet werden.
erwärmen. Sobald er warm genug ist, dreht man ihn mit einem Tuch auf. Damit wir künftig beim Nachfüllen leichteres Spiel haben, zwi-cken wir die beiden Rastnasen mit einem Sei-tenschneider ab und entgraten bei Bedarf noch mit einer kleinen Nagelfeile. Anschließend wird die gewünschte Flüssigseife eingefüllt und der Deckel wieder aufgedrückt. Ab jetzt lässt sich der Deckel einfach per Hand aufschrauben.
Probier’s mal mit MusikUm das richtige Händewaschen vor allem auch für Kinder interessanter zu gestalten, möchten wir den Waschvorgang mit Musik untermalen, sodass es nicht als lästige Pflicht empfunden wird. Das kleine und kostengüns-tige Soundmodul DFPlayer Mini eignet sich prima hierfür. Die Musik liegt im MP3-Format auf einer Micro-SD-Karte.
Der Anschluss am Arduino erfolgt über einen Portpin , der als SoftwareSerial kon-figuriert und mit dem RX-Pin des Players ver-bunden wird. Zwischen Player-RX und dem Arduino muss noch ein 1kOhm-Serienwider–stand geschaltet werden, da der Arduino 5V-Pegel und der Player nur 3,3V-I/O-Pegel hat. Die Verbindung von Player-TX zum Arduino wird nicht benötigt.
Das Soundmodul verfügt über einen inter-nen Verstärker, sodass ein kleiner Lautspre-cher mit 4 bis 8 Ohm Impedanz direkt ange-schlossen werden kann. Je nachdem, wo dieser platziert werden soll, kann man auch einen wasserdichten Duschlautsprecher ver-wenden.
Im angepassten Arduino-Sketch Hand-waschtimer_Musik.ino (Download siehe Kurz-info-Link) wird zusätzlich die SoftwareSeri-al-Bibliothek sowie die für den DFPlayer Mini passende Bibliothek DFRobotDFPlayerMini eingebunden . Wir benötigen zwar nur die TX-Funktion von SoftwareSerial, allerdings muss dennoch ein Pin für RX angegeben wer-den. Hier haben wir in Zeile 4 des abgebilde-ten Listingausschnitts den unbenutzten Pin 6 angegeben.
Im setup wird in der Funktion initMp3(void) mit dem Befehl mp3.volume(15) die Lautstärke auf 50 Prozent des Maximums eingestellt . Ohne diesen Aufruf würde das Modul leider mit der größtmöglichen Lautstärke 30 starten, was so gut wie immer viel zu laut ist. Die damit erzielte Lautstärke ist vor allem vom Wirkungs-grad des Lautsprechers abhängig. Falls Ihnen das Ergebnis zu leise oder immer noch zu laut ist, können Sie den Zahlenwert entsprechend ändern.
Zufällige Song-AuswahlNachdem der Trigger durch den Seifenspender erkannt wurde, wird durch den Befehl mp3.play(songNumber) ein zufälliges ausgewähltes
Lied abgespielt, siehe Zeile 7 in Listing . Hier-für wird die random-Funktion auf dem Arduino verwendet, die hier einen Wert zwischen 1 und NUMBER_OF_SONGS liefert. Dieser define (er steht in der Zeile 3 von Listing ) muss ganz oben im Sketch entsprechend an die Anzahl Ihrer Lieder angepasst werden, die auf die Mi-cro-SD-Karte kopiert wurden. Sobald die erste Triggerung nach dem Einschalten erkannt
wurde, wird mit randomSeed(millis()) der Zu-fallsgenerator mit der bis dahin abgelaufenen Zeit in Millisekunden initialisiert.
Die Songs auf der Speicherkarte müssen sich im Verzeichnis mp3 befinden und die Namen mit einer 4-stelligen Nummer begin-nen (0001xxx.mp3 usw.). Nachdem der Count-down abgelaufen ist, wird die Soundausgabe mit mp3.stop() gestoppt. —hgb
MP3-Player-Initialisierung 01 void initMp3(void)02 {03 mySoftwareSerial.begin(9600);04 if (!mp3.begin(mySoftwareSerial, false, false)) 05 {06 //Use softwareSerial to communicate with mp3. 07 Serial.println(F("Unable to begin:")); 08 Serial.println(F("1.Please recheck the connection!"));09 Serial.println(F("2.Please insert the SD card!")); 10 while(true); 11 }12 Serial.println(F("Delay for DFPlayer init ..."));13 delay(3000);14 Serial.println(F("DFPlayer Mini online."));15 mp3.setTimeOut(500); //Set serial communication time out 500ms16 mp3.volume(15); //Set volume value17 }
Zufallgesteuerte Song-Auswahl01 if(!randomGeneratorInitialized)02 {03 randomSeed(millis()); // use elapsed time as first start value for
In diesem Artikel geht es um ganz alltägliche Technik: Tragbare Telefone, beziehungsweise Handys oder Smartphones. Damit du weißt, was du da eigentlich benutzt, erzählen wir dir, wie Mobiltelefone entstanden sind und zeigen, aus welchen Komponenten sie bestehen.
Dafür stellen wir ein paar DIY-Mobiltelefone vor, die du auch selbst bauen kannst.
Mobile Telefone gehören inzwischen so sehr zum täglichen Leben, dass
es beinahe unvorstellbar erscheint, dass sich bis vor gut zwanzig Jahren alle Be-wohner eines Haushalts ein einziges Tele-fon teilten. Und nicht nur das, wenn man keinen Anrufbeantworter besaß, konnte man damals ganze Anrufe verpassen und nie von ihnen erfahren. Oder man wusste, wenn das Telefon klingelte, nicht, wer da gerade anrief. Ganz zu schweigen davon, wo man überall nicht erreichbar war. Nir-gendwo eigentlich, sobald man das Haus verließ.
Spätestens seit Beginn des aktuellen Jahrtausends kommunizieren aber die allermeisten von uns über Mobilfunk mit dem Telefonnetz, versenden und empfan-gen Textnachrichten und nehmen nicht ab, wenn auf ihrem Display keine Telefon-nummer angezeigt wird. Smartphones, die seit rund 10 Jahren auf dem Vormarsch sind, können sich nicht nur mit dem Tele-fonnetz, sondern auch noch mit dem In-ternet verbinden. Eigentlich müssten wir sie Taschencomputer mit Telefonfunktion nennen, wenn wir mal ehrlich sind.
Geschichte des Mobilfunks
Angefangen hat das alles 1926 mit einem Telefondienst für Fahrgäste der ersten Klasse in Zügen zwischen Hamburg und Berlin. Über diesen Zugpostfunk konnten Passagiere über das Postnetz Telefonate ins Festnetz führen. Die Verbindung mit dem Festnetz wurde über die parallel zur Zugstrecke verlaufenden Telegraphen-masten hergestellt. Die zwei Zugtelefone waren durch eine Antenne auf dem Dach zweier Waggons mit den Masten verbun-den. Über die Festnetze der beiden Städ-te an den Enden der Zugstrecke konnten Verbindungen nach ganz Deutschland hergestellt werden.
Nach den Zugtelefonen kamen die Autotelefone. Ab 1946 war es in den USA möglich, Autos mit fest installierten Telefonen zu kaufen, die über mobile Telefonnetze von der Illinois Bell Telepho-ne Company in St. Louis und Chicago mit dem Festnetz verbunden werden konn-ten. Ab 1958 konnte man solche Telefone auch in Deutschland nutzen. Ihr Preis lag bei etwa der Hälfte dessen, was man be-reits für das Auto zahlen musste. Das Mo-bilfunk-Netz, das sie nutzten, nannte man das A-Netz. Die Telefonate aus diesem
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Das Zugtelefon befand sich in einem Schreibabteil, in dem eine Zugsekretärin arbeitete.
Kurzinfo
» Entstehung des Mobilfunks » Hardware für DIY-Mobiltelefone
ChecklisteZeitaufwand: 3 bis 5 Stunden
Kosten:circa 100 Euro
Mehr zum Thema » Daniel Bachfeld, Radiosender bauen, Make 4/19, S. 16 » Matthias Wendt, 100 Jahre Rundfunk – von Hertz bis Gigahertz, Make 4/19, S. 8
Material » Mikrocontroller Arduino Uno für das Ardu-in-O-Phone, ATMega 1284P für das DIY Cell-phone oder Raspberry Pi B für das PiPhone » GSM-Modul für den SIM800-Standard » GSM-Klebeantenne für Mobilfunk » SIM-Karten-Halter » Display LC- oder TFT, optional mit Touch-Funktion » Zifferntasten falls das Display keine Touch-Funktion hat » Ein-/Ausschalter » Soundkarte falls die entsprechenden Funk-tionen nicht in das GSM-Modul integriert sind » Mikrofon Electret-Kondensator mit An-schlussleitungen oder Lötkontaktstiften » Lautsprecher 8 Ohm » Akku 3,7V, 1200 oder 1300mAh » Platine nur für das DIY Cellphone » Gehäuse optional, je nach Projekt, kann 3D-gedruckt oder gefräst werden
Netz wurden „handvermittelt“, das heißt, man erreichte von den Telefonen aus eine Person in der Telefonzentrale, die die Ver-bindung herstellte. Erst ab 1972 konnte man mit dem neuen B-Netz Selbstwähl-verbindungen herstellen.
Wirkliche Mobiltelefone - also tragbare Telefone, ohne Auto dazu - konnten ab 1985 mit dem C-Netz genutzt werden. Das C-Netz war wie das A- und das B-Netz ana-log, aber es bestand aus wesentlich klei-neren Funkzellen als die Vorgängermo-delle. Wegen der damit verbundenen kürzeren Funkstrecken brauchten die Tele fone mit diesem Netz eine wesentlich geringere Sendeleistung. Außerdem war es das erste Netz, bei dem die Telefon-nummer nicht über das Telefon selbst, sondern über eine Karte vergeben wurde, die man in das Telefon steckte.
Das ab 1992 in Deutschland verfügba-re digitale D-Netz wurde nach dem so genannten GSM-Standard entwickelt. GSM ist die Abkürzung für „Global System for Mobile Communications“ - es ist ein Mobilfunkstandard, der von einem Komi-tee beim Europäischen Institut für Tele-
kommunikationsnormen (ETSI) entwi-ckelt wurde. So sollte gewährleistet werden, dass es in ganz Europa ein ein-heitliches Funknetzwerk gab.
Wie Mobilfunk funktioniert
Von den Telegraphen über die Fest-netz-Telefone bis zum Mobilfunk beruhen alle Formen der Kommunikation über große Distanzen auf der Erzeugung und Ausrichtung von elektromagnetischen Wellen. Diese Wellen können in unter-schiedlichen Frequenzen erzeugt werden. Die Einheit für die Frequenzen heißt Hertz. Damit sich die unterschiedlichen Arten von Funk nicht in die Quere kom-men, hat jede Anwendung ihren eigenen Frequenzbereich, genannt Frequenz-band. Diese Frequenzbänder sind wiede-rum in Kanäle unterteilt.
Elektromagnetische Wellen können sich nicht unendlich weit verbreiten und werden mit steigender Entfernung zum Sender schwächer. Damit Mobilfunknetze mög-lichst flächendeckend sein können, beste-
hen sie aus vielen kleinen Zellen. In jeder Zelle gibt es eine so genannte Basisstation beziehungsweise Antenne, die Mobilfunk-signale in der direkten Umgebung emp-fängt und über das Netzwerk des jeweiligen Anbieters dorthin weitergibt, wo sie emp-fangen werden sollen. Für das Senden der Signale vom Sender zur Basisstation (Uploa-ding) und wiederum von der Basisstation zum Empfänger (Downloading) werden verschiedene Kanäle innerhalb der Fre-quenzbänder genutzt.
Wenn du mit deinem Mobilfunkgerät eine Telefonnummer wählst, wird diese zuerst in Funksignale umgewandelt. Das-selbe gilt natürlich auch für die Gespräche selbst. Was du sagst, wird von dem Mikro-fon in deinem Handy aufgenommen. Diese analogen Daten müssen zuerst in digitale Daten umgewandelt werden. Für die Übertragung der Daten werden so genannte Sprachcodecs eingesetzt. Co-decs sind Algorithmenpaare, die die ana-logen Signale auf digitale Symbole ab-bilden. Außerdem dienen sie dazu, die Datenmenge zu reduzieren. Die digitalen Sprachdaten sollen für die Übertragung
so weit wie möglich komprimiert werden. „So weit wie möglich“ bedeutet in diesem Fall, dass die Verständlichkeit der Sprache bei der Übertragung erhalten werden soll. Dass das nicht immer gelingt, hast du be-stimmt schon einmal erfahren, wenn du eine schlechte Verbindung hattest.
Neben der Sprache übertragen Mobil-telefone auch Daten. Das sind SMS und andere Chatnachrichten, der Standort, Webseiten et cetera, et cetera. Mit der Einführung des D-Netzes wurde erstmals auch das Versenden von Textnachrichten mit Telefonen möglich. Dass das Senden von SMS beliebter sein würde als das Tele-fonieren war für die Hersteller eine Über-raschung. Bei den auf GSM aufbauenden Mobilfunktechniken UMTS und 4G bau-ten sie daher besonders die Kapazitäten
der Datenübermittlung aus und ermög-lichten den Zugang zum Internet.
DIY-Telefone
Der beste Weg, mehr über Mobiltelefone zu lernen, ist, selbst eines zu bauen. Dazu gibt es verschiedene Möglichkeiten und Projekte. Sowohl auf der Basis eines Ar-duinos (Arduin-O-Phone) als auch auf der Basis eines Raspberry Pis (PiPhone ) gibt es DIY-Phones. Eines der ersten Selbst-bau-Mobiltelefon-Projekte war das DIY Cellphone von David Mellis vom MIT. Von den hier vorgestellten Projekten ist es mit Abstand das komplizierteste, das am meisten Vorwissen und Erfahrung voraus-setzt. In den Links zu diesem Artikel fin-dest du die entsprechenden Dokumen-
tationen, mit deren Hilfe du die Projekte nachbauen kannst.
Eine weitere Option ist Ringo, das DIY-Phone-Kit der Firma Circuitmess. Hier er-hältst du alle notwendigen Komponenten inklusive einer ausführlichen Anleitung. Mit allen Projekten erhältst du Mobiltele-fone, mit denen du telefonieren kannst. Das Ringo ist außerdem internetfähig. Es ist ein Komplettpaket, mit dem du auch die Programmierung der Mobiltele-fon-Anwendungen lernen kannst. Für An-fänger ist es mit Sicherheit am Besten geeignet. Das PiPhone und das Ardu-in-O-Phone sind einander relativ ähnlich, wobei das Arduin-O-Phone besser doku-mentiert ist. Anhand des Ringos zeigen wir die Bauelemente, die du für ein DIY-Mobiltelefon brauchst. —esk
D ie KOBA Maßschneiderei für E-Textilien tauchte ganz plötzlich in Berlin Kreuzberg
auf und blieb für ein Jahr. Der kleine Laden wurde vom Künstlerinnen-Kollektiv Kobakant von Dezember 2017 bis Januar 2019 geführt. Ko-bakant, das sind Mika Satomi und Hannah Per-ner-Wilson. Das Projekt wurde zum Teil aus Mitteln des EU-Innovationsprogramms „Hori-zont 2020“ finanziert.
Ein Jahr lang konnte jeder in unseren Laden spazieren und ein E-Textil-Projekt in Auftrag geben. E-Textilien sind Kleidungsstücke, die mit Elektronik versehen neue Funktionen er-halten und interaktiv werden. Für uns gab es in der Schneiderei nur eine Bedingung: Das Projekt musste persönlich sein, ein Bedürfnis des Trägers erfüllen. Daher durfte es nur für den Auftraggeber selbst sein. Aus diesem Grund hatte unsere KOBA Maßschneiderei auch keinen Online-Shop. Alles sollte sich im physischen Raum abspielen, von der Bestel-lung bis zur Anprobe.
In dieser experimentellen Schneiderei woll-ten wir ergründen, welche individuellen Be-dürfnisse und Anforderungen Menschen an Wearables stellen – und wie sie sich erfüllen lassen. Wir wollten nicht einfach nur ein neues Produkt auf den Markt werfen, sondern E-Tex-tilien personalisieren und die Wünsche der Menschen ins Zentrum stellen.
Was wurde in der Schneiderei gefertigt?
In jenem Jahr sind in der KOBA-Maßschneide-rei viele E-Textilien entstanden. Wir verwenden für unsere Arbeit ganz unterschiedliche Tech-niken. Meist kombinieren wir klassische Stoff-bearbeitungs-Techniken wie Nähen, Sticken, Stricken, Weben, Häkeln, Filzen und Flechten mit moderner Elektronik.
Um E-Textilien herzustellen, kann man zum Beispiel elektrisch leitenden Stoff mit einer Schere, einem Schneideplotter oder einem Lasercutter in jede beliebige Form schneiden und auf andere Stoffe aufbügeln. Einige leit-fähige Fäden und Gewebe haben einen so hohen Kupfergehalt, dass man direkt auf ihnen löten kann. Man kann auch vernähbare, flexible Platinen herstellen: Dafür schneidet man Kaptonfolie in Form und fügt Verbindun-gen aus Kupferband hinzu. Bei Kobakant ar-beiten wir mit einer Kombination aus Textil-werkzeugen (Nähmaschinen, Strickmaschinen, Bügeleisen, Nadel und Schere) und Elektronik-werkzeugen (Lötkolben, Multimeter, Mikro-controller).
KOBA ist zwar ein Projekt von uns, Koba-kant, doch wir hatten in unserer Maßschnei-derei wunderbare Künstler zu Gast. Ben Mun-day entwickelt beruflich Schnittmuster und hat uns dabei unterstützt, für die verschiede-nen Projekte Schnittmuster zu erstellen. In der KOBA Maßschneiderei hat er uns beigebracht,
wie wir Schnittmuster selbst entwickeln und wie aus den abstrakten Formen ein Kleidungs-stück entsteht. Ohne ihn wären wir wohl keine echte Maßschneiderei geworden. Im Mai ist dann auch unsere Häkel-Meisterin Mariam Arid zu uns gestoßen. Sie hat den Löwenanteil an Dominiques' Rüstung geleistet – eines der beiden Projekte, die wir hier vorstellen.
Kurzinfo
» Was ist die KOBA Maß-schneiderei? » Wie entstehen E-Textilien? » Materialien und Techniken
Mehr zum Thema » Eva Ismer, Glasfasern in Textilien, Make 6/2019, S. 50 » Helga Hansen, Schöner leuchten, Make 04/2015, S. 20
KOBA verbindet Handarbeit mit Elektronik.
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Kreative Atmosphäre in der Schneiderei
Die KOBA Maßschneiderei
Alles zum Artikel im Web unter make-magazin.de/xm7x
Ein Sensor für eine FingerprotheseTom hat unsere KOBA Schneiderei kontaktiert, kurz nachdem er bei einem Unfall die Finger-kuppe seines linken Ringfingers verloren hatte. Als er nach dem Unfall seine erste Pro-these erhielt, war er ziemlich enttäuscht: Es gab keine Möglichkeit, sie nach seinen Vor-stellungen seinen Bedürfnissen anzupassen. Daraufhin beschloss er, seine eigene DIY-Pro-these herzustellen.
Tom kündigte sich per Mail bei uns an. Er ließ uns wissen, dass er sich von uns einen Textilsensor für seine selbst hergestellte Fin-gerprothese wünscht. Und er erzählte uns, dass er sich darüber ärgert, dass die meisten kommerziellen Prothesen patentiert und teuer sind. Tom überlegte, Prothesen selbst herzu-stellen und daraus ein Open Source-Projekt zu entwickeln.
Zu diesem Zeitpunkt hatte Tom bereits eine eigene experimentelle Fingerprothese mit
einem kleinen Servomotor auf einem 3D-Dru-cker hergestellt. Sie sollte sich bewegen, wenn er seine Hand öffnet und schließt – genau wie seine anderen Finger. Bei uns hat er sich dann einen textilen Fingersensor bestellt, damit er die Prothese mit der Gelenkbewegung seines verbliebenen Ringfingers steuern kann.
Dieses Projekt befindet sich noch in der Entwicklung. Auftraggeber Tom lebt in Süd-deutschland. Wenn wir also einen Prototyp fertig gestellt haben, senden wir ihn per Post an ihn und warten, bis wir ein Feedback von ihm erhalten. Bis dahin wissen wir nicht, ob unsere Ideen ihm gefallen und mit seinem Prothesenfinger kompatibel sind. In naher Zu-kunft werden wir (hoffentlich) erleben, wie sich seine DIY-Prothese genau so bewegt, wie er es möchte. Und vielleicht können wir sie auch dazu bringen, Dinge zu tun, die andere Finger nicht können.
KOBAs LösungBisher haben wir folgende Lösung für Tom entwickelt: Der textile bend sensor finger slee-ve ist ein Handschuh für seine linke Hand, in dem ein textiler Drucksensor auf dem mitt-leren Knöchel seines linken Ringfingers ein-gebettet ist. Der Sensor erkennt die Beugung der Verbindung durch den Druck auf die Stoffschichten. Der Gewebedrucksensor be-steht aus zwei Schichten leitenden Stoffs, zwischen denen sich eine Schicht piezoresis-tiven Gewebes befindet. Der piezoresistive Effekt beschreibt die Veränderung des elek-trischen Widerstands eines Materials durch Druck oder Zug.
Der Sensor ist mit der am Armband ange-brachten microview verbunden. Sie besteht aus einem Arduino und einem OLED-Display. Die microview liest den Sensor aus, zeigt den Messwert an und steuert den Servomotor. Ein Knopf am Armband ermöglicht es Tom, den Sensor zu kalibrieren. Der Stoffsensor hält auch die 3D-gedruckte kinetische Fingerpro-these am Finger und führt die elektrische Ver-bindung (Leistung, Masse, Daten) zum Servo-motor in der Prothese.
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Tom trägt seine Prothese mit textilem Biege- sensor.
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Der textile Sensor mit Kontrollstation microview
Materialien für E-TextilienLeitende Garne und Gewebe können Strom leiten. Leitendes Garn besteht zum Beispiel aus silberbeschichteten Kunstfasern oder aus einem dünnen Metallfaserstrang, der mit Kunstfaser überzogen ist. Leitende Gewebe können synthetische Gewebe mit einer Me-tallbeschichtung (wie Kupfer, Silber oder Nickel) sein. Andere bestehen aus leitendem Faden, der zusammen mit nicht leitendem Faden zu Stoff gewebt wurde. Manchmal wird auch leitender Faden mit nicht leiten-dem Faden zu Strickstoffen verstrickt.
Widerstandsgarne und -gewebe zeigen unter Druck einen piezoresistiven Effekt. Man kann sie verwenden, um Textilsenso-ren herzustellen. Zur Herstellung von
Widerstandsgewebe werden die Eigen-schaften des Ausgangsmaterials verändert, in diesem Fall die elektrische Leitfähigkeit. Das geschieht durch die Dotierung des syn-thetischen Gewebes mit einem organi-schen Polymer. Diese Gewebe haben einen zunehmenden Widerstand über die Entfer-nung und eignen sich hervorragend zur Herstellung von Potentiometern und Posi-tions-Sensoren. Widerstandsgarn wird aus einer Mischung von Stahlfasern und nicht leitenden Fasern gesponnen.
Wenn man versteht, wie elektrische Stan-dardkomponenten funktionieren, kann man sie mit leitfähigen Textilmaterialien neu erfinden. Viele Schalter werden zum
Beispiel aus zwei Leitern hergestellt, die bei Aktivierung des Schalters miteinander Kontakt haben – das lässt sich mit E-Tex-til-Materialien unkonventionell umsetzen.
Making-of1. Dieses Diagramm zeigt den Aufbau der Fingerhülse des Biegesensors. Er besteht aus zwei Schichten Power-Mesh-Gewebe, die druckempfind-liches Widerstandsgewebe der Marke Eeonyx einschließen und mit drei Zick-Zack-Stichen befestigt sind. In die Schichten werden zwei leitende Fäden eingeführt, die als Elektroden dienen, um die Änderung des Eeonyx-Gewebes zu erfassen.
2. Das Power-Mesh-Material und das dehnbare Eeonyx-Widerstands-material ist auf die passende Größe zugeschnitten.
3. Wir schichten Power Mesh, Eeonyx und Power Mesh in drei Lagen auf-einander. Mit einer Nähmaschine heften wir die Schichten im Zickzackstich zusammen. Die mittlere Naht verläuft über die gesamte Länge des Stoff-stücks – so können wir vermeiden, dass sich die leitenden Fäden berühren. Die anderen beiden Nähte fixieren später das leitende Garn im Stoff.
4. Hier nähen wir die Kanten des Stoffstücks aufeinander, um einen Schlauch zu formen. An Ober- und Unterkante des Schlauchs befestigen wir eine medizinische Fingerschlaufe. Diese Schlaufe sorgt später dafür, dass der Stoffschlauch nicht vom Finger rutschen kann.
5. Wir führen das leitende Garn durch die Kanäle, die wir im dritten Schritt genäht haben. Die Garn-Enden schauen am unteren Rand des Stoffschlauchs raus. Das Garn liegt auf dem Eeonyx-Material auf.
6. Dann fädeln wir das leitende Garn in Paracord-Nylonseil ein – so kann man das leitende Garn isolieren. Das wiederholen wir, bis wir genug Ver-bindungen haben, um das microview-Armband und den Servomotor von Toms 3D-gedruckter Prothese anzuschließen. Die Nylonstränge flechten wir dann zu einem kompakten Seil.
7. Wir haben mit der gleichen Technik als Alternative auch einen Hand-schuh aus doppelschichtigem Power-Mesh hergestellt, der den Biege-sensor und die Verbindungen enthält.
Eine Liste mit allen verwendeten Materialien finden Sie in den Links in der Kurzinfo.
Tanzoutfit mit BewegungssensorenDominique ist eine Performance-Künstlerin. Als sie auf KOBA zukam, entwickelte sie gera-de eine Performance zum Thema Freizeit und erforschte dabei den Flow, in den man beim Handarbeiten schnell gerät. Dazu übte sie sich in Entspannungsüben, um ihre innere Anspan-nung zu lösen, bis sie ganz weich und „flüssig“ in ihren Bewegungen wurde. Sie wünschte sich von uns ein Kostüm, das den Fluss ihrer Bewegungen unterstreicht. Nachdem wir ge-sehen hatten, wie sich ihr Körper bewegt, be-schlossen wir, unsere Aufmerksamkeit auf ihren Nacken, ihre Hände und den Druck, den ihre Füße auf den Boden ausüben, zu richten.
Während des gesamten Prozesses gab es nur eine Konstante: Alles sollte gehäkelt sein. Dominiques erste Skizze zeigte noch ein ge-häkeltes Kostüm, das wie eine altertümliche Kettenrüstung aussah. Wir waren von der He-rausforderung, ein komplett gehäkeltes Elek-tronikprojekt anzugehen, begeistert.
Innovative Kunst oder Omas Topflappen?
In diesem Projekt haben wir viel über Ästhetik diskutiert: Wie kann man etwas häkeln, das nicht automatisch nach Oma aussieht? Wie können wir Häkeltechniken entwickeln, deren Ergebnisse vielleicht technisch, organisch, bio-logisch und vor allem ungewöhnlich sind? Nachdem wir viele Treffen lang über Kunst, Handarbeit und organische Formen gespro-chen haben, sind wir bei einer gemeinsamen Inspiration gelandet: Schleimpilze. Wir wollten ein gehäkeltes Set aus Umhang, Handschu-hen, Schuhen und Haube anfertigen, dessen Aussehen an die organischen Muster von Schleimpilzen erinnert.
Häkeln ist eine dieser Handarbeiten, für die es keine Maschine gibt. Daher waren wir dank-
bar, dass Mariam dabei war. Mariam ist eine Freundin von uns, die hervorragend häkeln kann - und kurz zuvor aus Aleppo nach Deutschland geflohen war. Während der Ar-beit an diesem Projekt lernte sie Deutsch, was den Prozess sehr amüsant gemacht hat. Was Mariam wohl gedacht hat, wenn wir ihr mit Händen und Füßen unsere verrückten Experi-mente erklärt haben? Es war manchmal nicht einfach, sie zu überzeugen, dass sie möglichst unsauber und organisch häkeln soll – wo sie doch so wunderbar gleichmäßig häkeln kann. „Was trägt Dominique eigentlich drunter?“ war eine Frage, die Mariam wirklich unter den Nägeln brannte.
Doch das Aussehen war nicht die einzige Herausforderung: Wir mussten auch Wege
finden, um Sensoren zu häkeln. Wie können wir Kontaktschalter und Widerstände konst-ruieren, mit denen wir die Bewegungen von Dominique durch physische Änderungen im Material des Kostüms erfassen können?
KOBAs LösungDer gehäkelte Schleimpilz-Umhang hat einen Durchmesser von 1,5m und ist vollständig aus leitendem und nicht leitendem Garn gehäkelt.
Auf seiner Oberfläche befinden sich Cluster aus Glas- und Kupferperlen, die als Bewe-gungssensoren fungieren. Die Bewegung wird erkannt, weil die Kupferperlen auf leitendes Garn gefädelt sind. Wenn sich die Perlen be-wegen, öffnen und schließen sie ständig den Stromkreis, wie ein Schalter. Je ungleich-mäßiger und „gestresster“ Dominiques Bewe-gungen sind, desto instabiler ist die Verbin-dung. Je flüssiger sie sich bewegt, desto gleichmäßiger ist die elektrische Verbindung
zwischen den baumelnden Perlen. So entsteht ein Signal, das Dominique bei ihrem Auftritt in Musik und Geräusche umwandeln kann.
Die Handschuhe und die Haube sind eben-falls mit Perlen-Bewegungssensoren verse-hen. Diese Sensoren haben wir gefertigt, indem wir ein Stück dünnes Kupferrohr auf das Ende eines versilberten Nylonfadens ge-fädelt haben. Den Rest des Fadens haben wir mit Hilfe von Glasperlen isoliert. Wenn sich die Kupferröhrchen berühren, schließen sie den
Making-of
Handschuhe
1. Die kupfernen Fingerspitzen sind unregelmäßig aus festen und doppelten Maschen gehäkelt. So können wir ein organi-sches Spitzenmuster erzeugen, das aussieht, als wäre der Hä-kelstoff in einer symbiotischen Beziehung über den Körper gewachsen.
2. Die Kupferfinger gehen in einen blauen Ärmel über. Der Ärmel isoliert zwei Kupferstränge, die zu den perlenbesetzten Sensoren an der Handinnenfläche führen.
3. Die Perlen baumeln als Bewegungssensor von der Hand- fläche.
Schuhe
1. Zwei graue Häkelsensorkreise sitzen auf dem Fußballen. Sie erkennen Druckveränderungen, wenn Dominique ihr Gewicht verlagert.
2. Der Fußsensor mit Verbindungswegen, die über das Bein zum WLAN-Gürtel an der Taille führen
Kontakt zwischen den Häkelverbindungen. Die Verbindung führt zu GND und einem GPIO-Pin. Wenn die Kupferröhrchen sich be-rühren, zeigt der GPIO-Pin LOW an, ansonsten wird HIGH angezeigt (da der Pin durch einen internen Pull-up-Widerstand nach HIGH ge-zogen wird).
Unter die Fußballen der Schuhe haben wir aus einem Garngemisch mit 20 Prozent Edel-stahl und 80 Prozent Wolle einen Kreis gehä-kelt. Dieses spezielle Garn wird beim Zusam-mendrücken leitfähiger, weil es aus kurzen Stahlfasern besteht, die im entspannten Zu-stand einen hohen elektrischen Widerstand aufweisen, aber umso leitfähiger werden, je mehr die Fasern im Garn zusammengedrückt werden. So können wir den Druck des Fußes auf dem Boden erfassen. Diese einfache Ma-terialeigenschaft des Garns liefert überra-schend konsistente Sensorergebnisse.
Um die Sensorendaten auszulesen, haben wir einen WLAN-Gürtel gebaut. Ein kabelloses x-OSC I/O-Board ist an Dominiques Taille an-gebracht und mit ihrem Outfit verbunden. Es liest die Sensorinformationen aus und sendet sie drahtlos als OSC-Pakete (Open Sound Con-trol) an einen nahe gelegenen Computer. Die-ser empfängt die Sensordaten und bereitet sie auf. Dann werden die Signale der Bewegungs-
sensoren in verschiedene Klänge umgewan-delt. Der Drucksensor der Schuhe löst bei-spielsweise ein tiefes, bebendes Geräusch aus.
Erst wenige Tage vor Dominiques Auftritt hatten wir den Umhang, die Haube, die Hand-
schuhe und die Schuhe fertiggestellt. Domi-nique war begeistert, als sie das gehä- kel te Outfit trug: Es fühle sich an, als sei ihr Körper ein Instrument, auf dem nur sie spielen kann.
Weitere KOBA-ProjekteInsgesamt hatte die KOBA-Maßschneiderei 14 Aufträge innerhalb eines Jahres. Hier sind ein paar weitere Projekte, die in der Zeit ent-standen sind:
Geometrische PartyjackeSebastian wollte seinen Lieblingshoodie zu einer Partyjacke umfunktionieren. Sie sollte mit leuchtenden Polygonen überzogen sein, deren Umrisse individuell steuerbar sind. Wir haben seine Lieblingsjacke nachgeschneidert und eine individuelle Platine zur Steuerung des Lichts entwickelt. So konnten wir mit 42 LEDs 42 Glasfasern zum Leuchten bringen. Sebastian kann die Animation über ein Partic-le Argon IoT Development Board in seiner Ja-ckentasche steuern.
ProgrammierhandschuheArne hat sich bei unserer Schneiderei Pro-grammierhandschuhe „für faule Programmie-rer“ bestellt. Mit diesen Handschuhen möchte er ohne Tastatur an seinem Computer tippen können – und im Idealfall seine Finger mög-lichst nur leicht auf und ab bewegen müssen. Für uns war es eine ziemlich große technische Herausforderung, die winzigen Bewegungen seiner Finger exakt zu registrieren.
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Arne betrachtet zufrieden seine Programmier-handschuhe.
Sebastians Partyjacke leuchtet in geometrischen Formen.
Boris hat bei uns eine Posaunenjacke bestellt. Während er seine Posaune spielt, leuchtet sie mit jedem Ein- und Ausatmen rhythmisch auf. Normalerweise kann man nur erahnen, wie die Posaunisten in ihre Instrumente atmen und so Geräusche erzeugen. Diesen Vorgang visualisiert zu sehen, ist total spannend. In
diesem Outfit tritt er mit einem Straßenmusik-orchester auf.
ErzählerwesteWim ist ein Geschichtenerzähler. Bei uns hat er eine Weste bestellt, die aufleuchtet, wenn er seine Geschichten erzählt. Dabei sollte die Technik möglichst unsichtbar sein. Obwohl
die Weste die unterschiedlichsten Leuchtef-fekte anzeigen kann, verwendet er pro Ge-schichte immer nur einen Effekt. „Sonst starren alle nur auf das Licht und hinterher erinnert sich keiner mehr an die Geschichte“, sagt er. E-Textilien zu Schneidern, die wirklich die Be-dürfnisse des Einzelnen erfüllt ist ein friemeli-ger und langwieriger Prozess mit vielen Irr-wegen – und geduldigen Kunden. —rehu
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Boris leuchtet beim Posaunespielen auf.Wims Weste darf nicht zu sehr ablenken.
Selbst schalten war einmal, auch für Fahrräder gibt es jetzt eine Automatikschaltung. Shift4Me kann man einfach nach-bauen und an fast jedes Rad montieren.
V iele Leute nutzten die Gänge ihres Rads nicht aus und fahren deswegen langsa-
mer oder unbequemer, als sie eigentlich müss-ten, glaubt der Fahrradfan Jan Oelbrandt. Daher hat der Bastler beschlossen, eine auto-matische Lösung für das Schalten zu schaffen, die einem wirklich alle Arbeit abnimmt. Nur selber lenken und treten muss man dann noch.
Sein Shift4Me-System wiegt nur wenig und kann mit grundlegenden Elektronikkenntnis-sen und Zugang zu einem 3D-Drucker selbst gebaut und installiert werden. Es soll sowohl mit Ketten- wie auch Nabenschaltungen funk-tionieren, solange die Schaltung mit einem Schaltzug betrieben wird. Auch Elektroräder können damit ausgerüstet werden. Bei ihnen ließen sich sogar die höchsten Verbesserun-gen durch automatisches Schalten erzielen, indem die Batterie geschont und der Ver-schleiß verringert wird, erklärt Oelbrandt.
Das System besteht aus vier Komponenten: einem Magnetsensor, der die Trittfrequenz misst, einem Arduino nano für die Steue-rung, einem PowerHD 1510MG Servo-Motor, der am Schaltzug zieht sowie einem Ak-ku-Pack. Der Sensor wird in der Nähe der Pe-dale installiert, während der Arduino, Akku und der Servo in einem 3D-gedruckten Kasten unterkommen, der am Rahmen befestigt wird. Dabei muss auch der Schaltzug ausgetauscht und durch den Kasten geführt werden. So kann der Servo statt der Hebel am Lenker den Schaltzug bewegen. Zusätzlich gibt es einen Knopf, der am Lenker angebracht wird, um das System zeitweilig auszustellen und das Rad in den ersten Gang zurück zu setzen.
Alle Teile, inklusive der 3D-Drucke, kosten circa 150 Euro, so Oelbrandt. Mit dem vorge-schlagenen Akku seien acht Stunden Fahrzeit möglich. Hat das System keinen Saft mehr, bleibt das Rad im letzten benutzten Gang ste-cken. Vorgaben wie die gewünschte Trittfre-quenz, die das Shift4Me-System beim Fahren umsetzen soll, können im Arduino-Programm eingestellt werden.
Wer das Gerät nachbauen möchte, sollte sich im Shift4Me-Forum anmelden. Die Anleitung samt 3D-Druckvorlagen, Schalt-plan und Programm von Oerlandt können nach der Anmeldung kostenlos herunterge-laden werden. Sollten beim Nachbau Fragen oder Probleme auftauchen, können sie eben-falls im Forum gestellt werden. Inzwischen gibt es zusätzlich ein Github-Repository, das von einem Shift4Me-Fan eingerichtet wurde. Einigermaßen wasserfest soll das System üb-rigens auch sein, solange das Rad nicht stän-dig draußen steht. Wer das Upgrade wieder loswerden möchte, kann die Shift4Me-Teile übrigens einfach ausbauen und den ur-sprünglichen Schaltzug wieder einsetzen und nutzen. —hch
í copynotes.be/shift4me/index.phpDer Servo zieht am Schaltzug, um die Gänge automatisch zu setzen.
Im grünen Kasten werden der Arduino Nano, die Akkus und der Servo untergebracht.
Zum zeitweiligen Ausschalten der Automatik gibt es einen Knopf am Lenker.
Eine Binär-Uhr gehört wohl zu den geekigs-ten Arten, die Uhrzeit anzuzeigen, aber sie
ist auch hilfreich, um die elementare Grund-lage von allen Computern und Mikrocontrol-ler-Projekten zu erklären und zu verstehen. Es geht um das Bit, die 1 und die 0. Dafür wird die Uhrzeit meist erst in ihre Ziffern und dann in deren Binärwerte zerlegt. Aus 14:52 Uhr wird 1 4 5 2 und daraus 01 0100 101 0010. Der Unter-schied zwischen 1 und 0 kann durch an- und ausgeschaltete LEDs dargestellt werden. Seit Frühjahr 2018 hängt eine große Binär-Uhr in Bahnhof von St. Gallen in der Schweiz, die seit-her für rauchende Köpfe sorgt.
Um unsere Binär-Uhr mit dem Mikrocont-roller Kniwwelino nachzubauen, muss man nicht einmal eine Programmiersprache beherr-schen. Stattdessen nutzen wir eine grafische Programmierumgebung, in der man Code aus leicht verständlichen Blöcken zusammen-schiebt – so erinnert das Programmieren eher an das Bauen mit Lego. Wir haben sogar zwei Varianten gebaut und lassen die Zeit auf dem Kniwwelino oder in der LED-Skyline aus dem Lasercutter anzeigen. Dabei muss man von unten nach oben rechnen. Während die LED-Matrix auf dem Mikrocontroller nur über rote LEDs verfügt, geht es auf dem Streifen bunt zu: Alle Einsen werden auf grün geschaltet, während die Nullen blau angezeigt werden. Um alle LEDs leuchten zu lassen, werden die übrigen Pixel in rot aufgefüllt. Praktisch ist, dass der Kniwwelino, sobald er eine Verbindung zum Internet hat, von einem NTP-Server (Network Time Protocol) die aktuelle Uhrzeit abruft und sie regelmäßig abgleicht.
Unsere erste Programmvariante teilt die Uhrzeit mit ineinander geschachtelten Wenn-Dann-Abfragen in die einzelnen Ziffern auf und überprüft, ob diese gerade oder un-gerade sind. Wesentlich eleganter und viel kürzer wird der Code, wenn man die Zehner- und Einerstellen mit Modulo und Division durch 2 bearbeitet – also die Ziffern solange durch 2 teilt, bis als Rest (Modulo) eine 1 oder 0 herauskommt. Dieses Programm lässt sich mit wenigen Veränderungen nutzen, um so-wohl die LEDs der Matrix als auch des LED-Streifens zu schalten.
Für das Gehäuse haben wir die Skyline von Luxemburg genommen und etwas angepasst. Die einzelnen Teile haben wir zunächst aus Karton gelasert und nach einem kurzen Probe-sitzen der LED-Streifen aus Sperrholz gefertigt. Der Kniwwelino wird am besten in einer 3D-gedruckten Hülle montiert. Damit der LED-Streifen passt, haben wir ihn in einen Ab-schnitt mit zwei LEDs und drei Abschnitte mit vier LEDs zerschnitten und anschließend die Abschnitte wieder mit dünnen Kabeln verlö-tet. Die vollständige Anleitung mit den Schnittvorlagen und Programmen zum Her-unterladen finden Sie online. —hch
í heise.de/-4850868Die Programmierung erfolgt mit bunten Blöcken.
Nachdem ich viel Geld für einen neuen Fernseher im Wohnzimmer ausgegeben hatte, war der alte, circa 22 Zoll große Fernseher übrig. Er sollte nun einen Platz im Schlafzimmer finden, allerdings war dort kein Platz. Als Lösung habe ich mir einen Fernsehlift gebaut.
Der Fernseher „liegt“ nun auf dem Kleider-schrank und kann bei Bedarf ausgefah-
ren werden. Dazu hängt er unter einer Schub-lade, die mit einem Linearmotor nach vorne fährt. Der Fernseher wird dann mit einem ausgedienten Rolladenmotor nach unten ausgeschwenkt. Zurück geht es natürlich analog, in umgekehrter Reihenfolge. Ein Ar-duino Uno mit einem selbstgebauten Shield mit Transistor-Transistor-Logik (TTL) über-wacht alle Bauteile und für die bequeme Infrarot-Fernsteuerung habe ich meine TV-Fernbedienung mit eingebunden.
Als Werkstoff habe ich mich für 12mm star-ke Multiplexplatten entschieden, weil sie sehr stabil sind und sich gut verarbeiten lassen, und habe sie im Baumarkt zuschneiden las-sen. Ebenfalls aus dem Baumarkt ist eine Rollschubführung für die Schublade. Der Linearmotor der Schublade nennt sich „ECO-Worthy Linear Actuator Eco-400“ auf eBay, hat eine Schublänge von 400mm und wird mit 12V DC betrieben. Das Aus- und Ein-schwenken des Fernsehers erfolgt mit einem handelsüblichen Jalousiemotor von Julius Mayer „JM35“, der mit 230 Volt betrieben wird: Dabei werden zwei Seile auf dem Jalousie-motor auf- bzw. abgerollt. Die Richtung wird über zwei Eingänge gesteuert, von denen immer nur einer angesteuert werden darf. Zur Ansteuerung der Motoren nutze ich vier gesockelte Relais des Herstellers Finder. Drei Endschalter überwachen die Lage der Schub-lade und des TVs.
Vorn am Gerät habe ich zwei Taster und einen Infrarot-Empfänger montiert, um das Ein- und Ausfahren zu starten. Für die Ardui-no-Steuerung habe ich das erwähnte Shield selbst entwickelt. Die Endschalter gehen über LEDs auf dem Shield an die Eingänge, damit man die Zustände der Leitungen direkt er-kennen kann. Zwischen das Relais und den Arduino habe ich vier UND- und ein ODER- Gatter gesetzt. Sie verknüpfen die Zustände der Arduino-Ausgänge und der Endschalter und steuern mit ihren Ausgängen den „8CH HIGH-Voltage Source Driver“-IC TD62783AP als Ausgangstreiber, um die Relais zu schal-ten. Weder die TTL-ICs noch der Arduino sind ansonsten geeignet, um genügend Strom auf das Relais zu geben.
Damit ich meine Infarot-Fernbedienung von LG nutzen kann, habe ich auf dem Shield noch das Infrarot-Modul TSOP 4836 verbaut. Zur Aus-wertung der Signale nutze ich die Arduino-Bi-bliothek IRremote. Über den seriellen Monitor lassen sich die übertragenen Codes beim Druck auf die gewünschten Tasten ermitteln und in das eigene Programm einbinden. Den ganzen Baubericht, inklusive Schaltplänen und Pro-grammcode zum Herunterladen und Nachbau-en, gibt es online. —hch
í heise.de/-4893679Ein Arduino mit selbstentwickeltem Shield steuert das Projekt.
Ausgefahrener Fernseher in der frisch gebauten Schublade
Endschalter überprüfen die Lage der Schublade und der Jalousie.
Bei Musterplatinen ist das SMD-Löten von Hand noch praktikabel, aber schon für eine Kleinstserie lohnt das Reflow-Verfahren mit Pastenschablone und Lötofen oder Heizplatte. Für letztere lässt sich prima ein altes Bügeleisen „upcyceln“: Wenn man etwas Steuer-Elektronik nachrüstet, kann man sogar mit bauteilschonenden Temperaturprofilen löten.
Kommerzielle Reflow-Öfen und Plati-nen-Heizplatten gibt es genügend, aber
eine Lösung, die kostengünstig ist und aus „haushaltsüblichen“ Dingen gebaut werden kann, ist viel reizvoller: Das alte, kaputte Bügel-eisen aus der Garage war einfach zu schön, um es auf den Schrottplatz zu bringen. So kam uns die Idee der Bügeleisenlötstation. Nachdem das Schätzchen zerlegt worden war, ging es sofort daran, die Sohlentemperatur zu messen, und schnell stellte sich heraus, dass die zum Löten benötigte Temperatur sicher erreicht wird.
Anders als bei den DIY-Pizzaofenlötstatio-nen kommt die Wärme hierbei von unten. Ob es schonender für die Bauteile ist, weil sie zu-letzt der Wärme ausgesetzt sind, lässt sich nur vermuten, aber zumindest ist es der ungestör-te Anblick der schmelzenden Lötpaste wert, sich so eine tolle Bastelhilfe nachzubauen.
Die richtige TemperaturWoher weiß man denn, wie der richtige Tem-peraturverlauf beim Platinenlöten aussieht? Häufig werden dazu Informationen in den Datenblättern zu den jeweiligen Bauteilen, die sich auf der Platine befinden, angegeben. Das sogenannte Reflow Profile (oder Solder Profile, Lötprofil) gibt den empfohlenen Temperatur-verlauf während des Lötens an, wobei sich die grundlegende Kurve von Bauteil zu Bauteil nur geringfügig unterscheidet (was plausibel ist, da sonst einzelne Bauteile beschädigt werden können). In Bild ist beispielsweise das Löt-profil des Time-of-Flight-Sensors VL53L0X ab-gebildet. Grundsätzlich können solche Kurven in vier Teilabschnitte unterteilen werden:
– Vorheizen: Beim Vorheizen wird die Platine auf ungefähr die halbe Maximaltemperatur gebracht. Dies dient vor allem zum Verflüch-tigen von Lösungsmitteln und zum gleich-mäßigen Erwärmen von Komponenten, Platine und Lötpaste. Die Temperatur steigt hierbei bis etwa 120°C bis 150°C an.
– Aktivierungszone (Soak-Zone): Wie der Name schon sagt, dient diese Zone zur Ak-tivierung des Flussmittels, welches ein Hauptbestandteil der Lötpaste ist. Das Fluss-mittel wechselt dabei in den flüssigen Zu-stand. Die Temperatur steigt hier nur mini-mal an und sollte in etwa bei 150°C bis 160°C liegen. Im unten abgebildeten Diagramm ist dies der Bereich zwischen Tsmin und Tsmax.
– Reflow-Zone: In diesem Bereich findet der eigentlich Lötprozess statt. Die Lötpaste schmilzt und verbindet sich mit den Kon-taktstellen der Bauteile. Der Temperaturbe-reich liegt hier zwischen 200°C und 250°C (Diagramm: Tp-10 bis Tp).
– Abkühlzone: Die Temperatur sinkt wieder unter die Liquidustemperatur (Temperatur, bei der ein Material von dem flüssigen in den festen Zustand übergeht), das Lötzinn wird fest.
Der gesamte Reflow-Prozess dauert in der Regel zwischen 3 und 5 Minuten, abhängig vom ver-wendeten Verfahren. Das hier verwendete Bü-geleisen schafft es sogar ein wenig schneller.
Bügel-PraxisDas oben besprochene Temperaturprofil sieht in der Bügel-Praxis natürlich wieder etwas an-ders aus. Besonders beim Bügeleisen, aber
Kurzinfo
» Bügeleisen-Sohle als Löt- und Heizplatte » Temperaturprofile und Lötverlauf » Platinen mit Paste beschichten und bestücken
ChecklisteZeitaufwand: 4 Stunden
Kosten:30 Euro
Maschinen:Bohrmaschine oder Akkuschrau-ber mit Holzbohrern
Programmieren:Arduino-IDE bedienen
Hochspannung:Erfahrung mit 230V-Installationen
Material » Altes Bügeleisen, möglichst unbeschichtet » Solid-State-Relais für 1kW-Lasten » MAX6675 Sensor-IC, ggf. auf Breakout-Board » K-Thermoelement (Temperatursensor) » Wemos D1 Mini » OLED-Display mit I2C-Schnittstelle » 5V- oder USB-Netzteil » Kabel, Taster, Poti laut Stückliste auf Github (siehe Link) » Holzschrauben » Doppelseitiges Klebeband » Kapton-Klebeband » Multiplex- oder HDF-Platte (Rest)
Mehr zum Thema » Löten in der Pizzapfanne, c’t Hardware Hacks 1/2012, S. 40 » Schablonendrucker für SMD-Löter, Make 2/2019, S. 112
n Der beispielhafte Temperaturverlauf (Reflow-Profile) eines VL53L0X Time-of-Flight Sensors.
Alles zum Artikel im Web unter make-magazin.de/xkzs
Warnhinweis
Achtung! Die vorgestellte Schaltung arbeitet mit lebensgefährlicher Netz-spannung und sollte nur von damit vertrauten Personen in Betrieb genom-men werden. An der Heizplatte besteht Verbrennungsgefahr.
auch bei DIY-Reflow-Öfen können teils nicht alle Temperaturen bzw. Temperatur-An- und -Abstiegszeiten exakt eingehalten werden, was aber in der Regel nicht so kritisch ist. Das hier verwendete Bügeleisen besitzt einen sehr dicken Eisenkern, was eine ziemlich träge Tem-peraturveränderung mit sich bringt. Beim Auf-heizen kann das Bügeleisen fast noch mithal-ten, aber besonders das Abkühlen unter die Liquidustemperatur dauert mehrere Minuten, weshalb die Platine stets nach dem Verflüssi-gen der Lötpaste von dem Eisen genommen werden sollte, um Schäden an Platine und Komponenten zu vermeiden.
Vereinfacht können hier also nur zwei Zu-stände angenommen werden. Die Gradien-ten, also die Temperatur-An- und -Abstiege, werden hierbei vernachlässigt und bilden sich durch die Trägheit des Eisens von ganz allein. Der erste Zustand ist die Soak-Zone bei 150° C. Bei dieser Temperatur sollte die Platine eine kurze Zeit verweilen. Den zwei-ten Zustand, die Reflow-Zone, wird nur kurz angefahren und bildet zugleich auch fast das Ende des Lötprozesses. Sobald also das Bü-geleisen die Maximaltemperatur erreicht hat, schaltet man es ab und nimmt die Plati-ne vom Eisen.
Elektronische AnsteuerungJe nach Trägheit des verwendeten Bügeleisens funktioniert das Platinenbügeln auch ohne Steuerung. Da es aber durchaus nützlich ist, über die aktuelle Temperatur sowie den Zu-stand während des Lötens Bescheid zu wissen, haben wir für diese Konstruktion eine Steue-rung aus einem Solid State Relay und einem Wemos D1 Mini als Controller entwickelt. An dieser Stelle möchten wir nochmals darauf hinweisen, dass für Aufbau und Verdrahtung Erfahrungen mit 230V-Installationen erforder-lich sind – hier herrscht definitiv Lebensgefahr.
Da der Wemos D1 Mini natürlich selbst keine 230V schalten kann, wird der Heizdraht des Bügeleisens über ein Solid-State-Relais geschaltet, das nur einen geringen Steuer-strom benötigt . Das kleine OLED-Display wird über die I2C-Schnittstelle angesteuert, während das Temperatur-Modul über SPI an-gesprochen wird . Außerdem befindet sich auf der Station ein kleines 5V-Netzteil für den Wemos D1 Mini (der Mikrocontroller kann aber auch über ein externes USB-Netzteil verwen-det werden). Der Temperatursensor wird mit hitzebeständigem Kapton-Klebeband auf das Eisen geklebt. Um die richtige Temperatur des Eisens zu ermitteln, sollte darauf geachtet wer-den, dass der Sensor nicht am Rand platziert wird, da es dort am längsten dauert, bis es warm wird.
Mechanischer AufbauDer mechanische Aufbau besteht aus einer Multiplex-Holzplatte, die alle elektronischen
n Anschluss des Relais SSR-25 DA, Pin 1: Bügeleisen Anschluss 1, Pin 2: 230V-L, Pin 3: Wemos D1 Mini Pin D8, Pin 4: Wemos D1 Mini Masse. Zusätzlich wird der Anschluss 2 des Bügeleisens mit 230V-N und der Masseanschluss der Sohle mit dem Schutzleiter (grün/gelb) verbunden.
n Schaltplan der Steuerungsplatine mit Wemos D1 Mini, MAX6675 Temperatur-IC sowie Taster, Potentiometer und Mini-OLED-Bildschirm. Der Autor hat hierfür eine Platine entworfen, der Aufbau auf einer Lochrasterplatine ist aber ebenso möglich.
Komponenten an Ort und Stelle hält; noch besser geeignet (aber nicht so einfach zu be-arbeiten) sind HDF- oder Konstruktionsplat-ten mit 6mm Stärke (Baumarkt). Die Basis-platte ist dem Bügeleisen angepasst und in unserem Fall 28cm 28cm groß . Die Steuerungsplatine und das Solid-State-Relais können von oben mit vier bzw. zwei Schrau-ben fixiert werden. Beim Bügeleisen kommen die Schrauben von unten; damit sie nichts verkratzen, sollte man dafür Senkkopfschrau-ben verwenden. Zusätzlich kann man in den Ecken noch Möbelgleiter aus Filz als Füße anbringen.
Je nach Bügeleisen müssen eventuell zu-sätzliche Löcher gebohrt oder gefräst werden, um an die Anschlüsse des Heizdrahtes zu ge-langen . In unserem Fall haben wir die Mul-tiplexplatte mit einem großen Kegelsenker an der linken Anschlussklemme vertieft. Alter-nativ kann man die Sohle auch mit metallenen Abstandshülsen montieren.
FirmwareDamit die Bügelstation auch das macht, was sie soll, muss der Wemos D1 Mini noch mit unserer Firmware (siehe Link in der Kurzinfo) programmiert werden. Wie man mit Hilfe der Arduino-IDE einen Sketch auf ESP8266-basier-te Controller bekommt, war schon oft Thema in Make und soll deshalb hier nicht wiederholt werden. Unter dem Link finden Sie nähere Hin-weise.
Wie zuvor erwähnt, wird aufgrund der thermischen Trägheit des Bügeleisens kein PID-Regler oder vergleichbares benötigt. Eine simple Zweipunktregelung reicht hier-bei vollkommen aus, was die Regelschleife stark vereinfacht. Der Sketch aktualisiert alle 200ms das OLED-Display mit Temperatur, Zu-stand und Solltemperatur, wartet auf einen Tastendruck oder eine Potentiometerände-rung und schaltet gegebenenfalls das So-lid-State-Relais, sollte sich die Station im Bügelmodus befinden. Im Bügelmodus wird außerdem eine Prozentanzeige eingeblen-det, die Auskunft über den Verlauf des aktu-ellen Zustandes gibt.
PastendruckNachdem man die Platinen gereinigt hat (hier eignet sich am besten Isopropanol), wird die Lötpaste auf den Pads verteilt. Dafür gibt es ebenso viele Verfahren wie für das Löten selbst. Bei Einzelstücken und sehr kleinen Pla-tinen kann man die Lötpaste mit Spritze und Dosierkanüle manuell auftragen. Unser per-sönlicher Favorit (und in der Industrie üblich) ist allerdings das Stencil-Verfahren.
Hierbei werden Schablonen mit Ausschnit-ten für die Pads benutzt, die man bei fast allen Platinen-Dienstleistern parallel zur Platine in Auftrag geben kann; Voraussetzung ist nur,
n Die einzelnen Komponenten (hier das Halbleiter-Relais) wurden mit Schrauben auf der Grundplatte montiert. Die 230V-Anschlüsse (oben) sollten später berührungssicher abgedeckt werden.
n Ausfräsungen in der Multiplexplatte für die Anschlusskontakte des Bügeleisens erleichtern die plane Montage der Sohle.
n Das Rakeln der Platine bringt Lötpaste auf die Pads der Komponenten.
dass man eine Gerber-Datei für die SMD-Pads mitliefert. Schablonen mit 100 oder 125µm Stärke sind überall Standard und eignen sich auch für die manuelle Bedruckung mit der Rakel. Die Schablonendicke wählt man nach der Feinheit der Pad-Strukturen: Bei eher gro-ben Layouts wählt man eine dickere Schab-lone, es gelangt dann auch mehr Paste auf die Pads.
Vor einigen Ausgaben haben wir einen Schablonendrucker zum Selbstbau vorge-stellt, es geht für kleine Stückzahlen aber auch einfacher: Man klebt Platinenreste so auf eine Grundplatte, dass ein fester, nur an einer Seite offener Rahmen für die zu bedru-ckende Platine entsteht. Die Edelstahl-Scha-blone wird einseitig mit Klebeband befestigt.
Wird nun über die Schablone gerakelt, ver-teilt sich nur an diesen Stellen die Lötpaste; es sollten keine nebeneinanderliegenden Pads mit Lötpaste überbrückt sein . Ein Ergebnis, mit dem sich arbeiten lässt, ist in Bild zu sehen.
Nach spätestens drei beschichteten Plati-nen sollte die Rückseite der Schablone ge-reinigt werden, da die Paste mit unserem ein-fachen Aufbau leicht verschmiert. Apropos: Für private Zwecke darf man ruhigen Gewis-sens bleihaltige Legierungen nehmen, die einen niedrigeren Schmelzpunks aufweisen als bleifreie.
Nach dem Rakeln werden die Bauteile mit einer feinen Pinzette aufgesetzt ; das sollte man tunlichst nicht nach dem hastigen Ge-nuss von fünf Tassen Kaffee tun, denn allzu leicht wischt man bereits aufgesetzte Bauteile versehentlich von den Pads. Die Bauteile haf-ten durch die Adhäsion der Paste ansonsten so gut auf der Platine, dass man sie gefahrlos vom Bestückungsplatz zur Bügeleisen-Lötsta-tion tragen kann .
Nach dem Einschalten sollte die aktuelle Temperatur des Bügeleisens auf dem OLED-Display angezeigt werden. n Nach Erreichen der Zieltemperatur aktiviert die Firmware eine Zweipunkt-Regelschleife.
n Nach Abheben der Schablone sollte die Lötpaste so verteilt sein wie hier zu sehen.
n Die Bauteile werden mit Hilfe einer Pinzette oder einer Vakuum-Pipette bestückt.
n Achten Sie darauf, dass alle Bauteilanschlüsse Kontakt mit der Lötpaste haben. Der kleine SMD-Kondensator im Vordergrund ist nur einseitig verbunden, er musste später von Hand nachgelötet werden.
Die Steuerung wechselt beim ersten Tas-tendruck vom „Off“- in den „Preheat“-Zustand und fährt die Temperatur bis auf 150°C hoch . In unserem Fall werden die 150°C nach circa 70 Sekunden erreicht. Anschließend hält ein simpler Zweistufenregler die Temperatur, und die Firmware wartet auf den nächsten Tastendruck.
Dann wechselt die Steuerung in den „Re-flow“-Zustand und fährt die zuvor mit dem Poti eingestellte Reflow-Temperatur an. Bei 190° dauert dies weitere 60 Sekunden. Nach dem Erreichen der Zieltemperatur wechselt die Steuerung automatisch in den „Co-oling“-Zustand und schaltet das Relais aus. Wie
oben erwähnt, sollte die Platine dennoch nicht auf dem Bügeleisen gelassen werden, da es sich viel langsamer abkühlt als verlangt. Hier-bei ist Vorsicht geboten, denn die Lötpaste ist noch nicht unter die Liquidustemperatur ge-fallen, wodurch die Bauteile durchaus noch verrutschen können . Wir benutzen zum Abheben der Platine einen dünnen Spachtel.
VerbesserungenAbschließend inspiziert man alle Lötstellen und lötet gegebenenfalls von Hand nach, wenn sich das Zinn nur auf einer Seite mit dem Bauteil verbunden hat.
Die Redaktion hat mit dem beschriebenen Verfahren zumindest bei kleinen Platinen her-vorragende Ergebnisse erzielt, die sich kaum von Ofenlötungen unterscheiden. Gleichwohl bietet der Aufbau noch Raum für Verbesserun-gen: Voluminöse Bauteile (z.B. größere Span-nungsregler-ICs) werden besser durchge-wärmt, wenn man die Platine beim Preheat- und Lötvorgang mit dem Deckel einer Butterdose abdeckt. Wir werden zudem noch mit einem Lüfter unter der Bügeleisen-Sohle experimen-tieren, um sie nach dem Erreichen der Spitzen-temperatur rascher abzukühlen; damit wäre das vorzeitige und „gefährliche“ Abheben mit noch flüssigem Lötzinn unnötig. —cm
n Lötprozess: Nach dem Aktivieren der Lötpaste schmilzt das Lot bei Erreichen der Spitzentemperatur kurz auf und verbindet die Bauteile mit der Platine.
Sauber planen mit 3D-Software macht Spaß, aber jetzt wird es gefähr-lich und schmutzig, denn es geht an die Holzbearbeitung, damit die Retro-Spielkonsole mit Raspi-Herz ein stilechtes Gehäuse bekommt.
E igentlich war meine Retro-Bartop-Arcade im Prinzip ja schon fertig, nachdem das
Material ausgewählt war, die minutiöse Pla-nung mit der 3D-Software Blender anspre-chende Renderings ergab sowie die Elektronik stand und funktionierte (ausführlich beschrie-ben in Make 4/20 ab Seite 14). Doch dann ruhte das Projekt erst einmal fast ein Jahr – ich hatte einfach keine Ahnung, wie ich die jetzt an-stehende Holzbearbeitung angehen sollte, bei der es galt, den passgenauen 3D-Entwurf in reale Bauteile für den Korpus umzusetzen. Ich wollte es natürlich selber machen, ein Tischler mit CNC-Fräse wäre zu teuer geworden und bei Hobbyisten und in Fablabs stehen selten Fräsen, die mit dem 15mm-Multiplex umgehen können, das ich für das Gehäuse ausgewählt hatte.
Nach vielem Hin- und Herdenken war ich der Meinung, einen gangbaren Weg gefunden zu haben. Die geraden Schnitte machte ein Freund mit seiner Handkreissäge mit großer stabiler Anschlagschiene . Eine gute Tisch-kreissäge hätte hier natürlich die Arbeit noch einfacher gemacht, war aber nicht in Reich-weite.
Die Seitenteile mit ihren Rundungen und Schwüngen waren die größere Herausforde-rung . Mit Stichsäge und viel schleifen wäre es vielleicht möglich, ein schickes Ergebnis zu erzielen, aber die Arbeit erschien nicht sehr verheißungsvoll. Daher entschied ich mich, eine (billige) Oberfräse zu kaufen. Da die Sicht-kanten sowieso mit einem Radius versehen werden sollten, wofür eine Oberfräse ja wie geschaffen ist, war das eine weitere Rechtfer-tigung für den Kauf.
Mit KopierringIch habe dann anhand des 3D-Modells eine Schablone mit entsprechend Untermaß für den Kopierring der Fräse erstellt . Hierbei
Kurzinfo
» Gehäuse aus Plattenmaterial nach Schablonen aus 3D-Software fräsen » Flächen folieren statt lackieren » Retro-Charme bei handlichen Abmessungen
ChecklisteZeitaufwand:etwa 20 Stunden Design und Elektro-nik, 5 Stunden 3D-Druck, gut 20 Stun-den Gehäusebau und Endmontage
Kosten:50 bis 150 Euro für die Hardware, je nach Inhalt der Bastelkiste und Recyc-lingquote; Material für das Gehäuse je nach Größe (siehe dort)
3D-Druck:für Verbindungsteile und Halterungen (optional)
Mehr zum Thema » Carsten Wartmann, Retro-Gaming auf Raspberry Pi, Make 4/20, S. 8 » Carsten Wartmann, Bartop Arcade mit Raspberry Pi (Teil 1), Make 4/20, S. 14 » Daniel Bachfeld, Emulator-PC im Spielhallengehäuse, c’t Hacks 3/12, S. 100
Material » Hardware ausführliche Liste siehe Artikel im vorigen Heft » Multiplex-Platte etwa Birke, 15mm stark, etwa 20 Euro/m2
» Kunststoffolie d-c-fix, schwarz, matt, etwa 6 Euro/m2
» Sperrholz 5mm, für Bezel (Monitorblende) und Frässchablonen » Superkleber (CA-Kleber), dünnflüssig » Holzschrauben Kreuzschlitz oder Torx, 560mm, für Verbindung von Seiten und Böden » Holzschrauben 425mm für Winkel » Montagematerial etwa Maschinenschrauben für den Monitorhalter
Werkzeug » Handkreissäge mit Schiene » Oberfräse mit Nut- und Abrundungsfräsern sowie Kopierring » Bohrmaschine mit Forstnerbohrern im pas-senden Durchmesser zu den Arcade-Knöpfen » Handwerkzeug zur Holzbearbeitung » Schwingschleifer (optional), Schleifklötze und Schleifpapier für die Oberflächenbe-arbeitung
Alles zum Artikel im Web unter make-magazin.de/xhf5
ist der Versatz vom Kopierring zum Fräser ein-zukalkulieren, das heißt, die Schablone für äußere Umrisse muss an allen Seiten um die-ses Maß kleiner sein (im Gegenzug müssen Ausschnitte um genau dieses Maß größer in der Schablone sein). Den Versatz habe ich mit meiner bevorzugten 3D-Software Blender recht trickreich mit Hilfe der Inset Faces-Funk-tion erstellt – ich bin sicher, ein richtiges CAD-Programm kann das mit wenigen Maus-klicks. Blender aber kommt bei 2D-Formen an
seine Grenzen, daher wird der Umweg über ein 2,5D-Objekt fällig.
Einfacher wäre gewesen, einen Konturen- oder Bündigfräser mit Kugellager und Anlauf-ring am Schaft zu benutzen. So etwas erschien mir damals aber noch recht teuer. Inzwischen bekommt man so einen kompletten Fräsersatz in einfacher Qualität für etwa 10 Euro und kann damit ohne Versatz arbeiten: Der Fräser fräst 1:1 die Form heraus, die die Schablone vorgibt. Das ist gerade bei kleineren Teilen und enge-
ren Radien unabdingbar und die Investition absolut wert.
Schablonen-ExportFür den Export so einer Schablone muss man leider auf das in Blender schlecht unterstützte DXF-Format zurückgreifen. Als umständlicher, aber gangbarer Weg hat sich hierbei bewährt, im 3D-Modell die Flächen aus dem Seitenteil zu entfernen, sodass nur noch die Kontur und die Bohrungen als Kanten (Edges) übrig blei-ben. Die Kontur muss aus der Draufsicht als DXF exportiert werden. Für meine Belange funktionierende Parameter sieht man auf dem Screenshot . Ist dies geschafft, kann die DXF-Datei in einem Vektorzeichenprogramm wie Inkscape geöffnet und bei Bedarf noch weiter bearbeitet werden, um etwa Anmer-kungen, Linienstärken und -muster zu ergän-zen oder um kleine Fehler zu korrigieren.
Die Schablone habe ich dann mit Hilfe der Freeware PDF-XChange Viewer auf A4-Blät-ter verteilt gedruckt (das Bild zeigt den Vorgang bei einem ähnlichen Projekt) und auf eine 5mm dicke Sperrholzplatte geklebt. Hier merkte ich, wie groß die Verzerrungen beim 2D-Druck sein können, denn die einzelnen Blätter passten nur sehr widerwillig zusam-men. In der Rückschau würde ich heute lieber in einem Copyshop die ganze Vorlage am Stück auf A2 oder A1 drucken lassen. Ein an-derer Tipp ist, einen anderen Drucker auszu-probieren, denn in meinem Fall brachte ein Tintenstrahler unerwartet wesentlich besser zueinander passende Blätter zustande als unser alter LaserJet.
Wenn möglich, klebt man die Vorlage so auf die Platte, dass zwei gerade und rechtwinklige Kanten der Schablone mit den Seiten der Plat-te zusammenfallen, damit man sich zumindest hier schon mal die Bearbeitung sparen kann. Dann bohrt man die Löcher, in denen nachher die Schrauben in den Seitenteilen sitzen und schraubt eine zweite 5mm-Platte an die erste, sodass man gleich zwei Schablonen produziert, falls während des Fräsens etwas schief geht und man eine Schablone zerstört. Außerdem ge-lingt das In-Form-Schleifen der Kanten bei zwei Platten als Sandwich genauer und man schleift weniger Buckel in die Kontur – das ist jedenfalls meine Erfahrung.
Entlang der Vorlage habe ich per Stichsäge die Schablonen ausgesägt und dann an den Kanten mit einem Schleifklotz und einer Schleif maus (einem Miniatur-Schwingschlei-fer, nicht zu verwechseln mit dem Lieblings-werkzeug aus Make 3/19, S.18) glatt geschlif-fen, was dank des dünnen weichen Sperrholzes recht einfach war. An der fertigen Schablone kann man die Kanten noch mit Superkleber (Cyanacrylat, CA) versiegeln, um sie robuster zu machen und kleinere raue Stellen zu füllen.
FräsenDa ich vorher noch nie eine Fräse in der Hand hatte, musste ich natürlich erstmal etwas dazu lesen, einige Videos schauen und dann zur Übung das klassische Küchen-Schneidbrett aus einem Stück Leimholz herausfräsen. Jetzt wurde es ernst, denn es ging an die Seiten-teile aus dem gutem 15mm-Multiplex. Eine Schablone wurde auf eine Platte aufge-schraubt und dann in mehreren Durchgängen mit einem grundschneidenden Nutenfräser (der nicht nur an den Seiten, sondern auch unten schneidet) mit wachsender Frästiefe pro Durchgang das erste Seitenteil gefräst. Natür-lich könnte man auch die Form zuerst mit der Stichsäge grob ausschneiden und dann erst die Kontur fräsen und käme vielleicht mit we-niger Durchgängen aus, aber der Vorteil bei meiner Arbeitsweise ist, dass bis zum letzten Durchgang die komplette Platte als Auflage-fläche für die Fräse an beiden Seiten des Fräs-kanals zur Verfügung steht.
Wie tief man in einem Durchgang fräst, hängt sicher vom Geschick des Bedieners, der Kraft der Fräse und dem Fräser ab. Aufpassen sollte man bei den folgenden Durchgängen,
dass sich im Fräsgang vor dem Fräser nicht die Späne ansammeln und festklemmen. Noch ein Trick: Bei den ersten Durchgängen muss man nicht so kräftig den Kopierring gegen die Schablone drücken wie beim letzten Gang, der dann für ein gleichmäßiges Fräsbild sorgt.
Beim Fräsen ist der Grad zwischen „perfekt“ und „Ausschuss“ oder auch „Gefahr“ sehr schmal (siehe Kasten). Kurz vor Ende des letz-ten Durchganges des zweiten Seitenteils dachte ich: „Ach, die paar Zentimeter noch, da brauch' ich nicht nochmal umgreifen“ und Peng! lief mir der Kopierring über die Schab-lone und der Fräser in mein Werkstück. Das Ergebnis sieht man im Bild .
Frustriert und geschockt habe ich die Fehl-stelle mit Holzfüller gespachtelt und geschlif-fen. Um eine glatte Oberfläche und scharfe Kanten an der Fläche zu erhalten, habe ich das zweite Seitenteil mit Tape versehen und gegen das zu spachtelnde geschraubt . Nach dem Abbinden des Holzspachtels wurde mit einem Schleifklotz alles grob geschliffen, dann stimmte zumindest die Form wieder (auch wenn das schöne Linienmuster der Multiplex-platte an dieser Stelle gestört war).
Nachdem die Seitenteile fertig (und repa-riert) waren, habe ich die Kanten mit einem Abrundfräser bearbeitet. Hierbei muss die Frästiefe genau eingestellt werden, damit man möglichst gleiche Radien auf beiden Seiten der Platte erreicht, sodass beide Viertelrun-dungen zusammen eine schöne halbe Run-dung ergeben. Mit einem neuen und scharfen Fräser sollte so eine Oberfläche entstehen, die kaum mehr einer Nachbearbeitung bedarf.
Auf die Fehlstelle habe ich dann einen Farb-laserausdruck der Multiplexschichtung mit der Farbseite zum Holz geklebt. Danach vorsichtig
Vorsicht bei der Holzarbeit
» Beim Sägen und Fräsen unbedingt Gehörschutz und Schutzbrille tragen. » Konzentriert und überlegt arbeiten und sich Zeit lassen. » Ablenkungen wie Handy, Kinder oder Haustiere ausschalten oder aus der Werkstatt verbannen. » Immer die Fräsrichtung beachten – man bewegt die Maschine immer gegen die Werkzeugrotation, weil die Rückschlaggefahr in umgekehrter Richtung deutlich größer ist. Wird außen gefräst am Werkstück (wie bei unserer Schablone), dann führt man die Fräse gegen den Uhrzeigersinn, jedenfalls wenn sich der Fräser im Uhrzeigersinn dreht, wie bei Oberfrä-sen üblich. Fräst man dagegen eine Tasche im Werkstück, führt man die Fräse im Uhrzeigersinn. » Beim Umgang mit Sekundenkleber unbedingt Augenkontakt vermeiden und darauf achten, sich nicht verse-hentlich die Finger zusammenzukle-ben, sie lassen sich nach dem Aushär-ten des Klebers nur noch unter Verletzungen trennen.
das Papier abgeschliffen, sodass die Farbe übrig blieb – da hatte ich mir eine echte High-Tech-Methode ausgedacht! Beim Nach-bessern des Ergebnisses stellte ich fest, dass es mit paar Buntstiften und Lineal auch ge-gangen wäre. Aber man lernt ja nie aus .
Für die von unten einschiebbare Rückwand habe ich dann noch mit einem 4mm-Nutfräser Nuten gefräst. Diese Rückwand ist allerdings bis heute noch nicht fertig, dazu nachher noch mehr.
Für die Böden war dann nur noch genaues Messen (Tipp: Sägeblattdicke unbedingt mit einrechnen) und Sägen entlang der Schiene nötig, das war nach der Aufregung beim Fräsen schon fast erholsam. Spannend wurde noch-mal der Winkelschnitt für die untere Frontplat-te und die Handauflage, aber auch hier kam der Holzspachtel und ein Schleifblock zur Hilfe, um die Ungenauigkeiten auszubügeln und einen gefälligen Übergang herzustellen.
KnopfleisteArcade-Knöpfe sind leider nicht international genormt: Während Japan-Style-Buttons met-rische Maße haben, sind jene von US-Herstel-lern auf Bohrungsdurchmesser in Zoll/Inch- Maßen angelegt und brauchen beispielsweise ein Loch mit 1 1/4 “ Durchmesser (31,75mm). Die Forstnerbohrer für Löcher der nötigen Größe bekommt man hierzulande aber oft nur mit 30mm oder 32mm Durchmesser. Bei 30mm muss man nach dem Bohren die Löcher von Hand erweitern, was bei 15mm tiefen Bohrun-gen sehr nervig ist, bei 32mm wird das Loch schon etwas zu groß. Eine Standbohrmaschi-ne ist für diese Arbeit praktisch, mit Vorsicht gelingt es aber auch mit einer Handbohrma-schine oder einem kräftigen Akkubohrer.
Ich habe mit 32mm gebohrt, der Ring am Knopf verdeckt das etwas zu große Loch und den etwas lockeren Sitz kann man mit etwas Heißkleber fixieren. Letzteres war bei mir am Ende gar nicht nötig, weil ich die Flächen mei-nes Gehäuses inklusive der Handauflage fo-liert habe (dazu gleich mehr) . Ich habe die Bohrungen nicht komplett durchgebohrt, sondern noch etwas Auflagefläche gelassen, dies verhindert auch ein häßliches Ausreißen der Platte auf der Unterseite. Die Durchbrüche für die Kabel/Steckkontakte erstellt man genau deshalb auch am besten mit einem Stufenbohrer .
Bohrungen für eckige Buttons wie an der Stirnseite werden normal rund gebohrt und dann mit einer eckigen Raspel oder der Stich-säge in Form gebracht.
Monitorblende (Bezel)Diesen Arbeitsgang habe ich mir bis zum Schluss aufgespart, denn hier kommt es auf jeden Millimeter an und es ist der Arbeits-schritt, der mir vielleicht die meisten Probleme
Mehr Holzarbeit in Make
Die Arbeit mit Holz und Holzwerkstof-fen ist Schwerpunkt unserer jährlichen Sonderausgabe, die auf halbem Weg zur nächsten regulären Make-Ausgabe am 5. November 2020 erscheint. Abon-nenten erhalten dieses Heft im Rah-men ihres Abos automatisch ins Haus geschickt; sie wird aber auch im Zeit-schriftenhandel erhältlich sein.
bereitet hat. Das ganze übrige Kabinett wurde zusammengeschraubt, um die exakten Maße daran abnehmen zu können. Erst in dieser Bauphase wurden dann auch die Klammern exakt dimensioniert und in 3D gedruckt, die den Monitor halten, da hier möglichst wenig Spiel sein sollte .
Ich habe nach langem Messen und Rech-nen zuerst einen Prototyp aus 5mm Depron gebaut – einer Art feines Styropor, das bei Modellfliegern beliebt ist und das man be-quem mit einem Cutter schneiden kann (Pappe geht sicher auch). Nach diesem Proto-typen und mit ein paar Korrekturen habe ich dann die endgültige Version aus Sperrholz gefertigt. Die Außenkanten nur mit einer Handkreissäge und Schiene maßhaltig und winkelig hinzubekommen war sehr aufwän-dig, da hier kleinste Abweichungen durch un-schöne Lücken auffallen. Die Schnitte für die innere Öffnung, durch die man den Monitor sieht, habe ich entlang einer Schiene mit der Stichsäge ausgeschnitten. Danach mit der Fräse und einem 45°-Fasenfräser die Kanten abgeschrägt und dann die Ecken ausgefeilt, weil man ja mit dem runden Fräser nicht dort hineinkommt. Alles in allem ist dieses Teil das schlechteste meiner ganzen Bartop Arcade geworden, nur die aufgeklebte Folie kaschiert die schlimmsten Bausünden.
Das Aussägen der Lautsprecher-Durchbrü-che unter dem Bildschirm war gemessen daran eine der einfacheren Aufgaben . Die muss es auch bei so einem Projekt geben.
Kantenversiegelung und Folieren
Die Sichtkanten der gefrästen Multiplex-Plat-ten wurden nur kurz mit einem Schleif-schwamm (100er Körnung, nass) übergeschlif-fen. Dann kommt der eigentliche Trick: Die Kanten werden mit dünnflüssigem CA-Kleber getränkt, am besten in zwei Durchgängen. Man sollte nur darauf achten, keine Nasen an den Flächen der Platten zu produzieren, die man sonst schleifen muss. Abgesehen von der zusätzlichen Arbeit verändert der CA-Kleber die Holzstruktur und dadurch würde man diese Stellen später durch die Folie sehen. Ich habe den Kleber tatsächlich mit dem Zeige-finger verstrichen, da alle vorhandenen Hand-schuhe entweder zu grob waren oder zu gut klebten. Sicher nicht ideal – funktioniert aber, man sollte sich nur nicht an die Nase oder gar die Augen fassen, während der Kleber noch aktiv ist. Die Schicht CA ging im Laufe der nächsten Tage ab, ich wäre allerdings bis dahin durch keine Schleuse mit Fingerabdruck-Scan-ner gekommen.
Nachdem der Kleber getrocknet ist, schleift man einmal kurz mit dem nassen Schleif-schwamm über und poliert danach mit einem Baumwolltuch. Voilá: Mit wenig Aufwand ent-
steht so eine glänzende und robuste Kante, die aussieht und sich anfühlt, als wäre sie lackiert.
Schon im Vorfeld der Planung (siehe Artikel im vorigen Heft) war klar, dass fertig schwarz beschichtete Platten den preislichen Rahmen sprengen würden und ein Lackieren aufgrund mangelnder Fertigkeiten und räumlicher Ge-gebenheiten nicht in Frage käme.
Nach langem Nachdenken und Recherchie-ren fand ich dann d-c-fix-Klebefolie. Tatsächlich wäre ich mit einer Rolle für etwa 8 Euro aus-gekommen, aber Tests und ein Fehler machten dann zwei Rollen nötig (die zweite wurde aber inzwischen bei einem weiteren Projekt aufge-braucht). Letztlich hat sich gezeigt, dass die Folie nicht nur gut aussieht, sondern auch super zu verarbeiten und sehr haltbar ist . Zudem gibt es sie in verschiedenen Farben und Designs, in glänzend oder matt.
Für diesen Schritt ist es fast unabdingbar, eine weitere Person als Hilfe zu haben, denn ab einer gewissen Foliengröße braucht man vier Hände. Die zu folierenden Teile sollte man glatt schleifen (zuerst mit P120 auf dem
Schwingschleifer, dann 100er auf einem Schaumstoff-Schleifblock, dann 100er-Block nass), aber man muss es nicht übertreiben: So glatt wie fürs Lackieren muss es nicht sein, im Gegenteil, wenn man die Anmutung von la-ckiertem Holz erzielen will, schleift man nicht so penibel und dann zeichnet sich die Mase-rung des Materials durch die Folie ab.
Für das Folieren ist allerdings absolute Staubfreiheit wichtig, denn jeder noch so klei-ne Krümel auf der Klebefläche oder dem Holz ist später durch die Folie zu sehen. Ich habe das mittels Handstaubsauger und einem High-Tech-Staubwedel („Staubmagnet“) auf den Platten selbst erzielt und natürlich sollte der Raum, in dem man das macht, ebenfalls möglichst staubfrei sein. Ob man sauber ge-arbeitet hat, kann man mit einer Probekle-bung mit einem kleinen Stück Folie testen, das man gleich wieder abzieht – wenn dann noch Staub an der Folie klebt, muss man noch-mal sauber machen. Feucht zu wischen ist übrigens nicht zu empfehlen, da sich hier wie-der Holzfasern aufstellen können.
Achtung: Gerade bei der Probeklebung die Folie nach spätestens einer Minute wieder ab-ziehen! Wenn man die Folie erst mal anziehen lässt und nach mehr als ein paar Minuten wie-der abzieht (wegen Fehlern, Falten oder Un-ebenheiten), werden Holzfasern aus der Ober-fläche gerissen und man muss neu schleifen!
Die Folie habe ich mit der Hand und einem weichem Tuch aufgestrichen (ein Rakel oder eine Folienkarte haben sich nicht bewährt, es fehlt das Gefühl für die recht weiche Folie). An den Rändern wurde die Folie mit einem Plas-tiklöffel (punktuelleres Arbeiten als mit dem Rakel) fest angedrückt, so dass man die Kanten beim folgenden Schneiden gut erkennt.
Nach dem Folieren beginnt man am Bes-ten möglichst bald mit dem Schneiden der
Ränder, damit sich die Folie nicht um die Kante festzieht. Mit einer Hand die Folie leicht von der Kante wegziehen und mit der ande-ren (ruhigen) Hand und einem absolut schar-fen Cutter entlang der Kante abschneiden, dabei das Messer auf der Kante abstützen, möglichst wenig absetzen pro Kante und nicht ins Holz schneiden. Klingt nach einem Kunststück, aber keine Angst: Wenn ich das schaffe, kann das jeder. An einem Probestück zu üben ist natürlich immer zu empfehlen. Kleine Wackler-Überstände kann man erst mal ignorieren und die später in Ruhe korri-gieren. Kerben, wo zu viel Folie weggenom-men wurde, kann man geistig ausblenden und ignorieren – wenn das Ding erst mal ein paar Stunden bespielt wurde, kommen ganz
sicher noch weitere als Gebrauchsspuren dazu.
Die Folie hat sich in der Praxis bewährt: Nach 24 Stunden war sie bombenfest und nach drei strapaziösen Tagen Maker Faire Ber-lin waren an der Bartop Arcade keine Proble-me sichtbar . Eine ähnlich ansprechende Oberfläche per Lackieren hinzubekommen, erfordert sicher Profi-Fertigkeiten. Ich habe matte Folie verwendet und die sich abzeich-nende Holzmaserung sieht durchaus gut aus. Möchte man glänzende Folie verwenden, soll-te man die Flächen aber sicher noch glatter schleifen.
Aussicht und FazitInzwischen versorgt ein 12V/5V-Kombi- Laptop-Netzteil sowohl den Raspi als auch den Monitor. Dabei wird der Raspi über die Micro-USB-Buchse versorgt, was weniger Pro-bleme macht als über die GPIO-Pins. Weiterhin bin ich in Folge meines Tests der Spiele-Dis-tributionen für Make 4/20, S. 8 zu Lakka als Retro-Distribution gewechselt.
Verbesserungen gäbe es noch einige um-zusetzen:
– ein Ein/Aus-Taster, der den Pi sauber hoch- und herunter fährt
– ein solides Rückteil, das eine 230V-Kaltege-rätebuchse und solche für USB und Netz-werk aufnimmt
– darüber eine transparente Rückwand, ge-gebenenfalls noch bunte LEDs oder gar Ambilight im Inneren
– ein Lüfter – denn wenn es mal eine Rück-wand gibt, wird es drinnen vielleicht zu warm
– alle Spiele konfigurieren, besonders wenn man noch Heimcomputer-Spiele mit nur dem Joystick/Buttons bedienbar machen will (siehe dazu auch Make 4/20, S. 8)
– vernünftige Arcade-Hardware einbauen (meine ist etwas laut und vom Gefühl her klapperig)
– auch Akkubetrieb sollte gut möglich sein, da nur maximal 12V gebraucht werden.
Leider wird der Automat viel zu selten be-spielt und ganz billig war es auch nicht, wenn man die eigens angeschafften Werk-zeuge wie die Oberfräse mit einrechnet. Aber dennoch war die Bartop Arcade im Eigenbau ein tolles Projekt und ich habe ein Menge gelernt. Aber ein bisschen ist es wie bei einem Kind, das einen heißen Ofen anfasst: Man lernt daraus und macht es nicht wieder, wenn man darüber schlau ge-worden ist. Obwohl, so ganz stimmt das nicht mehr, denn inzwischen habe ich in einem weiteren Projekt Seitenteile für einen Synthesizer gebaut und dabei sowohl die Erfahrung mit der Plattenbearbeitung als auch die restliche d-c-fix-Folie nutzen können. —pek
Manchmal reichen die GPIO-Pins von einem Board wie dem Arduino nicht aus. Wenn man eine LED ansteuern und einen Taster abfragen will, kann man beide Aufgaben mit nur einem einzigen Pin und geschickter Programmierung erledigen, wie dieser Artikel zeigt. Einziger Nachteil dabei ist, dass die LED kurz erlischt, während man den Taster drückt. Das fällt aber in der Praxis kaum auf.
Die Verdrahtung ist dabei erstaunlich einfach: Die Ausgangsstufe des GPIO-Pins bilden im Inneren des Arduinos zwei Tran-sistoren T1 und T2. Die Eingangsfunktion wird durch einen Schmitt-Trigger S2 realisiert. Bild zeigt Beschaltung des Arduinos im Probeaufbau.
Geschickter Wechsel zwischen In- und Output
Um die LED zum Leuchten zu bringen, schaltet man die GPIO-Funktion auf INPUT. Beide Tran-sistoren sind dann im nichtleitenden Zustand. Die LED wird in dieser Phase über R1 und R2 mit Strom versorgt. Bei den angege benen Wer-ten ergibt sich ein Strom durch die LED von 5 mA, genug, um sie zum Leuchten zu bringen.
Um die LED zum Erlöschen zu bringen, schaltet man den GPIO auf Output und gibt ein LOW aus. Dabei wird Transistor T2 in den leiten-den Zustand gebracht. Die LED liegt dann mit einem Pol an GND, am anderen herrscht ledig-lich die an der Sperrschicht von T2 abfallende Spannung und die reicht nicht, um die LED zum Leuchten zu bringen.
Ob der Taster gedrückt wird, kann man fest-stellen, wenn die LED leuchtet. Das heißt, um den Taster abzufragen, schaltet man kurz die LED ein und fragt dann den Eingangspin ab. Diese Abfrage dauert weniger als 10 Mikro-sekunden. Danach schaltet man die LED wie-der für mindestens 1 Millisekunde in den ur-sprünglich gewünschten Zustand. Ist das aus, bewirkt die Pinabfrage nur ein Leuchten in einem hundertstel der Zeit (1 Mikrosekunde:
1 Millisekunde). Die LED scheint dann aus zu sein. Ist der ursprüngliche Zustand ein, spielt das ohnehin keine Rolle. Diese Leuchtdauer ist zu kurz, um sie wahrzunehmen.
Diese Grundfunktionalitäten sind in dar-gestellt.
In sieht man ein Beispielprogramm mit einer sehr einfachen Aufgabe, die die Arbeits-weise dieses Tricks aber gut veranschaulicht. Wenn die Taste gedrückt wird, fängt die LED an zu blinken. Wenn man den Taster nochmal drückt, hört die LED auf zu blinken.
Wie man sieht, kann man die Doppelfunk-tion des Pins gut benutzen, um Tastaturfunk-tionalitäten mit Rückmeldung per LED mit nur einem GPIO-Pin realisieren. Selbstverständlich lässt sich diese Schaltung auch an mehreren Pins gleichzeitig verwenden. So kann man relativ großzügige Tastaturen und LED-Anzei-gen selbst mit einem Arduino nano verwirk-lichen. —hgb
í make-magazin.de/xcu5
Was tun, wenn der Arduino bei einem Ihrer Projekte an akutem Pin-Mangel leidet? Wir wissen nicht, was Ihr Arzt empfiehlt. Wir empfehlen die trickreiche Doppelnutzung der vorhandenen Anschlüsse.
Neben Taster und LED mit Vorwiderstand ist nur ein zusätzlicher Widerstand zur doppelten Pin-Nutzung notwendig. Den Rest erledigt die Software.
So muss ein Pin beschaltet werden, damit er zugleich als Ein-und Ausgang verwendet werden kann.
Tut es der gerade ausgelötete Transistor vielleicht doch noch? Bedeutet der Scheibenkondensator-Aufdruck „100“ nun 10 oder 100p? Welche Pinbelegung könnte der MOSFET aus der Wühlkiste haben? Solche Fragen beantwortet das pfiffige kleine Testgerät, das derzeit bei eBay & Co. angeboten wird. Es ist kaum größer als eine Zigarettenschachtel, kos-tet keine 20 Euro und ist mit einem klei-nen Farbdisplay ausgestattet, das Mess-werte und Pinbelegung übersichtlich anzeigt.
Die Bedienung beschränkt sich auf zwei Schritte (womit die fehlende An-leitung zu verschmerzen ist): Bauteil in der Textool-Fassung festklemmen (oder mit den mitgelieferten kurzen Prüfka-beln anschließen) und den „Start“-Knopf drücken. Bei passiven Bauteilen zeigt es den Wert mit brauchbarer Genauigkeit (2%) an, bei Dioden und Z-Dioden die Durchlassspannung und bei bipolaren Transistoren die Stromverstärkung (hfe), die Basis-Schwellenspannung und, falls messbar, auch den Reststrom (etwa bei den uralten Germanium-Transistoren, die wir ausprobierten). Bei MOSFETs er-mittelt es sogar Gate-Kapazität, Gate-Schwellenspannung und On-Wi-derstand, so dass man den Transistor mit etwas Sachkenntnis grob einschätzen kann. Durch den eingebauten Span-nungswandler werden sogar Z-Dioden bis 24V zuverlässig erkannt. Das Gerät bietet einen eingebauten Akku, der über die Micro-USB-Buchse geladen wird. —cm
ESP32-Audio-KitSound-Erweiterung für den ESP32
Nachdem mit der ESP32-Cam bereits die Bild-verarbeitung Einzug in die ESP-Welt hielt (Make 1/20, S. 28), ist nun auch Sound kein Pro-blem mehr. Das unter verschiedenen Namen bei AliExpress erhältliche ESP32-Audio-Kit bringt alle Zutaten dafür mit: Neben einem ESP32-Modul (240MHZ Taktfre-quenz) mit WLAN und Bluetooth (inklu-sive BLE) enthält es auch zwei Mikrofone sowie Eingänge für externe Aufnahmegeräte (Line-In auf 3,5mm-Stereo-Klinkenstecker).
Außerdem sitzt auf der 7cm × 8,5cm gro-ßen Platine auch ein Stereoverstärker, der über Dupont-Steckverbinder ein Lautsprecherpaar mit bis zu 3 Watt Leistung (an 4 Ohm) versor-gen können soll. Daneben steht ein Headset- Anschluss über die übliche 3,5mm-Klinken-buchse zur Verfügung. Ein Speichermedium findet im Mikro-SD-Kartenslot (bis zu 64GByte) seinen Platz.
Die Stromversorgung des Audio-Kits kann entweder über eine Mikro-USB-Buchse (5V, 2A) oder über eine 3,7V-Lithium-Akkuzelle erfol-gen. Die Ladeelektronik dafür ist ebenfalls auf dem Modul vorhanden. Ergänzt wird alles durch acht aufgelötete Taster, sechs an einem Pfosten-Steckverbinder anliegenden I/O-An-
schlüsse sowie eine auf eine zweite USB-Buch-se geführte UART-Schnittstelle, über die auch das Flashen des Moduls erfolgen kann. Draht-lose Firmware-Updates soll das Modul eben-falls beherrschen. —hgb
Edu:BitErweiterungsplatine und -Kit für den BBC Micro:BitEine LED-Ampel, ein Mikrofon, Taster ... auf der großen roten Platine des Edu:Bit ist all das ver-sammelt, was bei der Arbeit mit einem Mikro-controller nützlich sein könnte. Das Erweite-rungsboard für den BBC Micro:Bit stammt von der malaysischen Firma Cytron Technologies, misst 157,5mm × 124,5mm und ist damit deut-lich größer als der Micro:Bit selbst, der einfach eingesteckt wird. Zur Ausstattung gehören außerdem ein Piezobuzzer, ein Potenziometer, ein Infrarotsensor und vier RGB-LEDs. Dank der zusätzlichen Spannungsversorgung und der drei Anschlüsse für Servos sowie zwei Ports für Gleichstrommotoren können auch gleich größere Projekte in Angriff genommen wer-den. Von Haus aus sind die Anschlüsse und Bauteile auf dem Board integriert, können aber auch abgebrochen und über Grove-Kabel wieder angesteckt werden.
Das Kit gibt es im Online-Shop von Cytron wahlweise mit oder ohne den Micro:Bit selbst. Es enthält weitere Teile, neben einem Anlei-tungsbuch einen Servo und einen Motor, Gro-ve-Kabel und Karten für ein Spiel. Die Anlei-
tung enthält zehn englischsprachige Lektionen, um die Bauteile des Kits kennen-zulernen und zu programmieren. —hch
Vertrieb etwa eBay, AliExpress, real.de
Preis 10 bis 20 € Vertrieb AliExpressPreis 10 bis 15 €
Calliope mini 2.0Mikrocontroller-Board für die Grundschule
Der vor etwa vier Jahren zuerst auf den Markt gekommene Calliope mini (Make
2/17, S. 48) ist seit Mitte August in der Ver-sion 2.0 verfügbar. Ergänzt wurde die Platine um einen weiteren, größeren Flash-Speicher, wodurch bis zu 25 Pro-gramme auf dem Calliope mini selbst abgespeichert werden. Diese Neue-rung trägt vor allem der Realität der IT-Ausstattung an Schulen und dem Lehrmaterial für den Mikrocontroller
Rechnung: Denn die Calliope-Leitfäden stellen häufig verschiedene Programme
vor, die für den Einsatz in unterschiedli-chen Fächern gedacht sind. In Schulen ist
aber häufig nur begrenzter Zugang zu PCs
möglich, so dass jede Neuprogrammierung organisatorisch aufwändig ist, und bisher konnte der Calliope mini nur ein einziges Pro-gramm zur Zeit speichern.
Die übrige Ausstattung mit Sensoren, Laut-sprecher und Mikrofon, RGB-LED und LED- Matrix, Bluetooth und Motortreibern bleibt identisch, weshalb sich auch alle bisher ver-öffentlichten Calliope-Projekte uneinge-schränkt auf der Version 2.0 umsetzen lassen sollten. —esk
Seeed Odyssey X86J4105Single-Board-Computer mit Intel-Prozessor
Elektronik-Basteln wie mit Arduino und Pi, aber mit der Leistung eines Mini-PCs - das verspricht der Seeed Odyssey. Seine vier In-tel-Celeron-Kerne (64 Bit) mit bis zu 2,5GHz Takt sind in der Lage, auch Projekte mit hö-heren Ansprüchen an die Rechenleistung anzutreiben. 8GByte RAM gepaart mit 64GByte sehr flinkem eMMC-Flash (lesen/schreiben 261131/187065 kByte/s) bieten genug Platz für laufende Anwendungen und Daten sowie Betriebssystem und Software. Vorinstalliert war auf unserem Board Win-dows 10, das wir jedoch durch einen Ubuntu (20.04) Desktop mit Gnome ersetzten, das sehr flüssig lief.
Anders als der Name es vermuten lässt, beginnt man mit dem Board keine Irrfahrt, sondern eher ein vielfältiges Abenteuer. Dazu bietet es neben den vielen PC-üblichen Schnittstellen wie 2 × USB3.1, 2 × USB3.0, 2 × Gigabit-Ethernet, SATA, HDMI und 2 × M.2 PCI (1 × M-Key, 1 × B-Key) insbesondere zwei Arduino- und Pi-kompatible Pin-Leis-ten. Die Raspberry-Pi-Leiste ist Pin-kompa-tibel zu herkömmlichen Erweiterungsplati-nen (HATs). Hinter den Arduino-Pins steckt ein zusätzlicher ARM-Cortex-Mikrocontroller ATSAMD21G18, wie er etwa auch auf dem Arduino Zero eingesetzt wird. Den program-miert man mit der Arduino-IDE in gewohnter Weise, der Mikrocontroller ist intern fest mit einer seriellen Schnittstelle des Boards ver-drahtet.
Die Kombination aus Mini-PC und echt-zeitfähigem Mikrocontroller auf nur einer 11cm × 11cm großen Platine macht ihn zu einem praktischen System für Bastler, die eine kompakte Plattform für komplexere Steuerungen oder KI-Projekte suchen. Im Vergleich zu einem Pi 4B mit 4 bzw. 8GByte hat der Odyssey wenig überraschend in allen Belangen die Nase vorn. Mit 188 US-Dollar kostet der Odyssey ohne eMMC aber mehr als doppelt so viel wie ein Pi 4 mit 8GByte. Die Version mit eMMC kostet sogar 218 US-Dollar. Je nach Anwendungs-fall lassen sich die höheren Kosten aber durch weniger Probleme bei der Treiber-unterstützung und allgemein besseren Sup-port wettmachen. Intel-Prozessoren – egal welcher Art – werden von allen Betriebsys-temen und jeglicher Software in der jeweils
aktuellsten Fassung unterstützt, sodass es selten Inkompatibilitäten gibt, die den Bas-teltrieb bremsen. Bei Pi&Co. bekommt man meist nur gut abgehangene Software an-geboten, die untereinander auch nicht immer kompatibel ist. —dab
Anet A8EFDM-3D-DruckerNur noch der Name erinnert an den alten 3D-Drucker-Bausatz (siehe Make 1/18, S. 34). Die Hardware des beim Hersteller vorbestellbaren A8-Nachfolgers ist komplett neu: Metall statt Plexiglas, stabil statt wackelig. Der Rahmen besteht aus Aluprofilen und soll dem Drucker die notwendige Stabilität für eine gute Druck-qualität geben. Der Bauraum ist mit 220mm × 220mm × 250mm nahezu unverändert gegen-über dem Vorgänger. Der Drucktisch besteht nun jedoch aus einem Alurahmen, der aus einem Stück hergestellt ist. Ständiges Nachle-veln sollte damit nicht mehr nötig sein.
Der A8E ist ein Bausatz, der allerdings nur noch aus drei Teilen besteht und in deutlich unter einer Stunde fertig sein soll. Der Drucker arbeitet mit 24V. Das halbiert bei gleichen Heizleistungen gegenüber dem notorisch brandgefährlichen Vorgänger die Ströme, so-dass Kabel und Stecker nicht mehr außerhalb ihrer Spezifikationen betrieben werden und sich auch bei Vollast (Tisch und Druckkopf heizen gleichzeitig) kaum erwärmen dürften. Das neue Netzteil soll jetzt besser gegen Über-lastung, Überspannung und zu hohe Tempe-raturen gesichert sein. Die Elektronik sitzt nun
in einem gut belüfteten Alugehäuse seitlich am Druckerrahmen. Die beiden Anschluss-buchsen für die Display-/Tastatureinheit sind von außen zugänglich. Das Display ist nicht mehr fest am Rahmen angebaut, sondern frei beweglich. Das erleichtert die Unterbringung des Druckers in Schränken oder Gehäusen er-heblich. Der Bedienungskomfort wurde durch eine Filamentwechsel-Automatik deutlich er-höht: Ein Klick soll jeweils für das Ausstoßen beziehungsweise Einziehen des Filaments reichen. —hgb
Blender 2.90Open-Source-3D-PaketIm Gegensatz zur 2.83 LTS-Version (Long Term Support für 2 Jahre) des Open-Source-3D-Pa-kets Blender werden in den regulären 2.9x-Ver-sionen größere Veränderungen zugelassen. So ebnet das jetzt erschienene Blender 2.90 den Weg zu Version 3.0, die schon fast genau in einem Jahr erwartet wird. In Sachen Rende-ring (mit den Engines Cycles und Eevee), Ani-mation und Sculpting gibt es viele Verbesse-rungen – dazu mehr über den Link unten. Hier hingegen zu den speziell für Maker interes-santen Dingen:
An der Oberfläche wurde das Sortieren der Modifier Stacks und Constraints per Drag&Drop eingebaut und die Darstellung von Optionen in Panels lesbarer und kompakter gemacht. Szenenstatistiken (etwa zu Speicherbedarf, Objekt- und Flächenzahl etc.) können jetzt auch prominent als Overlay im Viewport an-gezeigt werden. In dem neuen Menu-Search (F3) bekommt man nun zusätzlich angezeigt, in welchem Menü sich eine Funktion versteckt.
Für das Modellieren besonders interessant ist das neue Werkzeug Extrude Manifold: Man kann damit ähnlich wie mit SketchUp arbeiten, etwa Teilflächen aus Körpern extrudieren,
wobei überzählige Flächen automatisch ver-einigt oder gelöscht werden. Sehr praktisch ist auch das neue Snapping für Edge/Vertex Slide und das Maßband sowie absolute Maße für Bevels (Tool und Modifier). Blender läuft unter Windows, Linux und macOS und steht kostenlos zum Download zur Verfügung. —Carsten Wartmann/pek
Der Bauraum dieses 3D-Druckers ist satte 300mm × 300mm × 400mm groß. Neben einem zuverlässig arbeitenden Filament- Sensor ist auch ein fest installierter Näherungssensor für die Druckbettkali-brierung an Bord – dem Bausatz liegen sowohl eine Glasplatte als auch eine Kunststoffauflage für das beheizte Druckbett bei. Ein neues Mainboard und TMC2208-Schrittmotorentreiber sorgen für geringe Geräuschentwicklung. Der Bowden-Extruder erreicht eine maxima-le Temperatur von 250 °C.
Die kurze Aufbauanleitung ist ordent-lich bebildert und leicht verständlich, der Zusammenbau unproblematisch und in einer halben Stunde zu schaffen. Die gesamte Konstruktion ist sehr stabil und hinterlässt einen positiven Gesamtein-druck. Die Bedienung per Touchscreen ist dank des übersichtlichen Menüs un-kompliziert, auf Deutsch kann man es aber nicht umstellen. Der Anet ET5 Pro liefert Out of the Box ordentliche und brauchbare Druckergebnisse. —pek
Einen ausführlichen Testbericht lesen Sie online.
í make-magazin.de/xmf5
Hersteller Anet, anet3d.comVertrieb direkt vom Hersteller oder
Target 3001! V30Platinenlayout-ProgrammDie neue Version der Software kam anlässlich des 30-jährigen Jubiläums heraus, daher die Versionsnummer – auch wenn nicht so viel neues gegenüber dem direkten Vorgänger V20 dazugekommen ist, wie der Zehnerschritt sug-geriert.
Wer gern auf eigenwillige Autorouter ver-zichtet, wird am Pilot Router gefallen finden: Man gibt den Leiterbahnverlauf grob mit der Maus vor, die Leiterbahn wird dann automa-tisch unter Einhaltung der Design-Richtlinien kreuzungsfrei verlegt. Ähnlich funktioniert auch das interaktive Mäandrieren: Hochge-schwindigkeits-Signale (z.B. schon bei USB 2.0) verlangen gleiche Leiterbahnlängen, die man durch mäanderförmige Schleifen erzwingen kann. Zu den Arbeitserleichterungen gehört die neue Selektion von Leiterbahnabschnitten auch über Durchkontaktierungen hinweg, ebenso wie die praktische Sidebar mit häufig verwendeten Lieblingsbauteilen oder das auto-matische „Straffen“ von unnötig oft gewunde-nen Leiterbahnen. Mindestabstände lassen sich nun ganzen Signalklassen zuordnen, etwa allen Leiterbahnen mit Netzspannung. Und schließ-lich gibt es noch eine Optimierung beim Im-
port von STEP-3D-Daten, die zum Beispiel für eine detaillierte 3D-Ansicht oder für 3D-ge-druckte Modelle der Baugruppe nötig sind: STEP-Bauteilformen mit Rundungen sind oft unnötig komplex, zur Verminderung des Da-tenaufkommens werden sie nun vereinfacht, ohne dass Details verloren gehen. —cm
XH-M253420W-Endstufenmodul
Class-D-Audioverstärker erbringen Höchst-leistungen auf kleinstem Raum bei geringer Verlustleistung. Ob das nur 11 Euro teure Modul eines chinesischen Herstellers auch wirklich die versprochenen 420 Watt bringt, sollten unsere Messungen zeigen. Die mit dem IC TDA8954 aufgebaute Endstufe arbei-tet im H-Brückenbetrieb (Bridge-Tied Load, BTL) mit einer empfohlenen Versorgungs-spannung von 2 × 25V AC; Gleichrichter und Siebkondensatoren (je 3 × 2200µ/50V) sind gleich mit auf dem Baustein drauf. Als Strom-versorgung reicht ein dicker Ringkerntrafo, der wenigstens 4A liefert. Wir haben an 8 Ohm gut 150W gemessen, an 4 Ohm waren es knapp 180W Sinusleistung. Kurz vor Be-grenzungseinsatz zeigten sich hier Instabili-täten; man ist also gut beraten, sich mit 150W zufrieden zu geben, zumal der dann stark belastete Gleichrichter nicht gekühlt wird. Eine höhere Ausgangsleistung (nur an 8 Ohm!) ließe sich mit einem Trafo von 2 × 30V/5A erzielen, dann würde die Leerlauf-spannung aber schon die Spannungsfestig-
keit der Elkos strapa-zieren.
Bei näherer Be-trachtung stellten wir fest, dass sich der Her-steller bei der weitge-hend dem Datenblatt folgenden Schaltung einen argen Schnitzer erlaubt hat: Die dort angegebenen Dämp-fungskondensatoren Csn1 bis Csn4 am Aus-gang waren nicht mit 220p, sondern mit 220n bestückt, dadurch brannten die 10-Ohm-Widerstände Rsn1 und Rsn2 innerhalb von Millisekunden durch. Etwas dubios erscheint uns auch die Ver-wendung eines winzigen 0805-SMD-Kon-densators im Ausgangsfilter, den wir vor-sichtshalber durch einen hochwertigen Folienkondensator ersetzten. Mit der geän-derten Bestückung erreichten wir einen an-gemessenen Klirrfaktor (0,06% bei 1W und
0,2% bei mittlerer Leistung). Wer ein solches Modul kauft, sollte sich also auf einen ge-wissen Optimierungsbedarf einstellen und über das entsprechende Fachwissen verfü-gen. —cm
Programmieren lernen mit Python und MinecraftPlugins erstellen ohne Vorkenntnisse
Dass man besser im Kontext persönlicher In-teressen lernt, ist eine Binsenweisheit. Dass viele Programmier-Lehr-bücher trotzdem für die meisten Leser maximal un-interessante Beispiele zur Erklärung heranziehen, ist ein großes Ärgernis. Das durchgehend farbige Buch von Daniel Braun macht es besser und kombiniert das populäre Aufbauspiel Mine-craft mit dem Einstieg in die Programmiersprache Py-thon.
Minecraft unterstützt nämlich in Python geschrie-bene Plug-ins, mit denen der Spieler neue eigene Funktio-nen einbauen und Abläufe automatisieren kann. So kann man mit einem Klick beispielweise Mauern oder komplette Unterkünfte mit Innenausstattung direkt in seiner Minecraft-Welt erschaffen. Dabei führt der Autor mit einer leicht verständlichen und kurzweiligen Sprache nach und nach in alle
Grundelemente der Sprache ein. Zeitgleich lernt man die umfangreiche API von Minecraft
kennen und erfährt, wie man Objekte in der Welt und deren Zustände abfragt oder auch Dinge manipuliert. Auch die einhergehende Ein-führung in die objektorien-tierte Programmierung, das Erstellen von Klassen und die Erklärung von Vererbung und Zugriffsmethoden ist dem Autor dank der gut ge-wählten Beispiele gut gelun-gen. Ob sich das Buch aber wirklich für Leser ohne jeg-liche Vorkenntnisse eignet, darf man bezweifeln. —dab
Praxisbuch Stop Motion AnimationKreative Filme mit LEGO-Figuren
Einen Trickfilm selber zu machen ist ein ideales Projekt für die Corona-Zeit, nicht nur für Teams aus Eltern und Kindern: Das meiste, was man dazu braucht, ist schon im Haus, man ist lange damit be-schäftigt und das Ergebnis lässt sich prima übers Internet verbreiten. Wie man ein solches Filmprojekt aus lauter Einzel-fotos konkret angeht, beschreibt der Autor in diesem Buch anschaulich und mit vielen praktischen Beispielen und Tipps garniert – etwa, dass für den eige-nen Brickfilm auch schon ein Smart-phone reicht, dass man bei Kamerafahr-ten lieber das Set als die Kamera bewegt und wie man mit etwas Bildbearbeitung Figuren überzeugend per Stop Motion durch die Luft fliegen lässt. Nebenbei lernt man auch erstaunlich viel über Arbeitsschritte und Kameraeffekte, die auch in „echten“ Kinoproduktionen zum Einsatz kommen.
Für alle, die beim Lesen die Lust packt, sofort selbst loszulegen (die zu wecken, schafft das Buch tatsächlich ziemlich gut!), streut der Autor zudem kleine Ideen für erste Szenen oder Kurzfilme ein – denn natürlich muss nicht jeder Trickfilm gleich so episch werden wie der „Unter-gang der Titanic“ und andere Werke von Hundbrax Lego Movies (siehe Make 6/16, S. 72). Viel Spaß beim Dreh! —pek
GitProjektverwaltung für Entwickler und DevOps-Teams
Puh, mit 415 Seiten ist dieses Buch ein ganz schöner Klopper. Und gleich zu Anfang ma-chen die Autoren Öggl und Kofler klar: Sie kratzen damit gerade erst an der Oberfläche.
Doch keine Sorge: Das Buch ist kurzweilig und einladend geschrieben und das Autorenteam streut gerne interessante Trivia ein, um das trockene Thema Git ein wenig auf-zulockern. Es beginnt mit dem Kapitel „Git in zehn Minuten“ (das in Wirklich-keit eher 25 Minuten in Anspruch nimmt) und geht anschließend äu-ßerst detailliert auf die An-wendung von Git ein. Den Start machen klas-sische Features wie Repos, Commits, Branches und Merging, doch die Autoren behandeln auch wichtige – und oft übersehene Themen – wie Git-Nettiquette, knackige Commit-Mess-ages und gute Workflows. Dabei kann man alle
Kapitel unabhängig voneinander lesen und sich so die Infos rauspicken, die man gerade braucht. Schön ist der Fokus auf Dienste und
Tools wie GitHub und GitLab und ihre Alternativen wie Azure DevOps, Bitbucket, Gitea und Gitolite. Man erhält zwar einen guten Überblick, allerdings ist hier auch die Gefahr am größ-ten, dass die Informationen im Buch schnell veraltet sind.
Wer nur mal ein bisschen in Git reinschnuppern möchte, wählt besser ein kurzes Video- Tutorial, doch wer beispiels-weise in einem neuen Arbeits-umfeld schnell produktiv auf Git umsteigen muss, für den ist das Buch perfekt. —rehu
Autoren Bernd Öggl und Michael Kofler Verlag Rheinwerk Computing Umfang 415 SeitenISBN 978-3-8362-7186-8Preis 39,90 €
Autor Alexander AltendorferVerlag mitpUmfang 192 SeitenISBN 978-3-7475-0248-8Preis 19,99 € (Buch),
16,99 € (E-Book), 22,99 € (beides)
Autor Daniel BraunVerlag mitpUmfang 304 SeitenISBN 978-3747502600Preis 24,99 € (Buch), 21,99 € (E-Book),
Die Erfinder WerkstattTolle Projekte aus Schaltkreisen und Leuchtdioden
Mit diesem Buch hat man einen Überblick über die Grundlagen von Stromfluss und Elektronik in der Hand (geeignet ab 10 Jah-ren). Auf den ersten 39 Seiten werden die Werkzeuge, ihre Handhabung und die grundlegenden Informationen über Strom-fluss vorgestellt. Erst ab Seite 40 beginnen die Anleitungen für die 18 Projekte.
Diese Projekte sind klassische Elektro-nik-Anfänger-Projekte. Dazu gehören bei-spielsweise eine Münzen-Batterie, ein Elek-
tromotor aus einer Batterie, einem Dauermagneten und einer Spule und ein Generator aus einer Kurbel und einem Elek-tromotor. Die Projekte sind gut konstruiert – der Autor hat für Probleme wie zum Bei-spiel die Aufhängung einer Spule praktische und saubere Lösungen. So werden für den Bau des Elektromotors zwei Sicherheitsna-deln sehr elegant gleichzeitig als Stroman-schlüsse für die Batterie und Aufhängung für die Spule verwendet.
Am Ende jedes Projekts gibt es eine kurze Erläuterung der Grundlagen – der Autor
erklärt, wie der jeweilige Aufbau funktioniert. In diesen Er-klärungen werden die üblichen Formulierungen
und Fachbegriffe ver-wendet – sie repetieren
Informationen, ohne sie wirklich anschaulich zu ma-
chen. Das reicht für viele Zwecke aus, trotzdem wäre
es schöner, wenn die Erklä-rungen ein wenig alltags-tauglicher wären. —esk
The book of 3D-PrintingModeling, finishing & more
„The book of 3D-Printing“ vom deutschen Cosplayerteam Kamui Cosplay richtet sich zwar an Cosplayer, enthält aber Unmengen von Wissen, das für jeden 3D-Druck-Novizen nützlich ist. Nach dem Einstieg in die üblichen Fragen wie „Was ist 3D-Druck?“ erklären die Autoren, wie man passende 3D-Modelle fin-det oder sie mit Autodesk Fusion und Blender modelliert.
Im Abschnitt zum „perfekten Finish“ kann man von Cosplayern besonders viel lernen: Hier liest man praktische Tricks, um 3D-Drucke zu kleben, Techniken zum Vorbehandeln und Grundieren der Modelle und die passenden Hilfsmittel, um die Drucke perfekt glatt zu zau-bern. Dabei geht Kamui Cosplay auf die Be-arbeitung von ABS, PLA und Resin ein – letz-teres ist besonders praktisch, da Resindruck
noch so neu ist, dass er in vielen Tu-torials keine Erwähnung findet.
Zum Abschluss zeigt das Duo Bei-spiele, bei denen sich 3D-Druck be-sonders gelohnt hat und wie sie die Objekte modelliert, gedruckt und nachbearbeitet haben. Lobenswert: Im ganzen Buch wird immer wieder auf Arbeitssicherheit hingewiesen. Die Publikation räumt außerdem mit den Vorurteilen der Cosplay-Commu-nity auf, dass 3D-Druck nur eine faule Abkürzung sei. „The book of 3D-Prin-ting“ ist leider bisher nur auf englisch erhältlich. —rehu
Josha von GizyckiBraunschweig, erklärt auf Seite 34, wie man Pi-hole einrichtet
Fahrzeuge stecken voller Firlefanz. Der heutigen Stand der Sicherheit mit dem Funktions umfang von vor 50 Jahren, redu-ziert aufs Wesentliche – das könnte ruhig mal wieder erfunden werden.
KOBAKANT: Hannah Perner- Wilson und Mika Satomi Berlin, geben auf Seite 102 einen Einblick in die KOBA Maßschneiderei
Die Uhr. Wie wäre es mit einer ganz einfa-chen Old-School-Uhr, die die Uhrzeit ohne jeden Schnickschnack
anzeigt? Man trägt sie am Handgelenk, stellt die Zeit selbst ein und jede geht ein bisschen falsch, so dass jeder in seiner eigenen kleinen Zeitzone lebt. Viel-leicht muss auch gar nicht die Technologie selbst neu erfunden werden, sondern nur die Kultur um sie herum.
Matthias JünemannNordkirchen, baut auf Seite 114 einen Fernsehlift
Ich fände es klasse, einen alten Hebdrehwähler aus der Telefonvermitt-lung wiederzubeleben oder neu zu bauen. Viel-leicht lässt sich ein Pro-jekt finden, in dem man ihn mit einem moder-nen µC nutzen kann …
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Chefredakteur: Daniel Bachfeld (dab)(verantwortlich für den Textteil)
Mitarbeiter dieser Ausgabe: Beetlebum, Hans Borngräber, Guido Burger, Richard Fix, Michael Gaus, Christoph Goebel, Klaus-Uwe Gollmer, Matthias Helneder, Matthias Jünemann, Miguel Köhnlein, Moritz König, Dominik Laa, Christian Moll, Martin Ossmann, Hannah Perner-Wilson, Mika Satomi, Maik Schmidt, Josha von Gizycki, Alexander Wankerl, Carsten Wartmann, Stefan Wollner
Assistenz: Susanne Cölle (suc), Christopher Tränkmann (cht), Martin Triadan (mat)
Leiterin Produktion: Tine Kreye
DTP-Produktion: Martina Bruns, Martin Kreft (Korrektorat)
Art Direction: Martina Bruns (Junior Art Director)
Layout-Konzept: Martina Bruns
Layout: Nicole Wesche
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